Влияние титаносиликатного минерала натисит на газотранспортные свойства сополиимида P84

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Развитие мембранных процессов требует новых материалов для создания высокоэффективных мембран. В данной работе создан композит на основе сополиимида Р84 с использованием добавок нового модификатора титаносиликатного минерала натисит. Для этого осуществлен синтез натисита и проведена его идентификации. Композит Р84/натисит (5 мас.%), приготовленный в растворе ДМФ, использован для получения плоской пленочной мембраны. Изучены особенности физико-химических, механических и газотранспортных свойств мембраны Р84/натисит в сравнении с Р84 мембраной. Транспортные свойства оценивали по проницаемости He, O2, N2 и CO2 через мембраны. Величина проницаемости газов через мембраны из композита ниже, по сравнению с чистым Р84, а селективность разделения пар газов H2/N2, CO2/N2 и O2/N2 улучшается за счет включения модификатора натисит. Показано, что введение 5 мас.% добавок натисита не оказывает существенного изменения на физико-механические свойства мембраны Р84/натисит (5%), которые отвечают требованиям технологичности.

Об авторах

А. Е. Мухин

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Санкт-Петербургский Государственный Университет

Email: a.pulyalina@spbu.ru

Институт Химии

Россия, Санкт-Петербург, 198504

Г. А. Полоцкая

Федеральное государственное бюджетное учреждение Петербургский институт ядерной физики им. Б. П.Константинова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”

Email: a.pulyalina@spbu.ru

Институт высокомолекулярных соединений

Россия, Санкт-Петербург 199004

Е. Б. Лодонова

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Санкт-Петербургский Государственный Университет

Email: a.pulyalina@spbu.ru

Институт Химии

Россия, Санкт-Петербург, 198504

И. С. Курындин

Федеральное государственное бюджетное учреждение Петербургский институт ядерной физики им. Б. П.Константинова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”

Email: a.pulyalina@spbu.ru

Институт высокомолекулярных соединений

Россия, Санкт-Петербург 199004

В. Н. Яковенчук

Кольский научный центр РАН

Email: a.pulyalina@spbu.ru

Центр наноматериаловедения, геологический институт

Россия, Апатиты, 184209

Г. О. Калашникова

Кольский научный центр РАН

Email: a.pulyalina@spbu.ru

Центр наноматериаловедения

Россия, Апатиты, 184209

A. Ю. Пулялина

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Санкт-Петербургский Государственный Университет; Кольский научный центр РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.pulyalina@spbu.ru

Институт Химии, центр наноматериаловедения

Россия, Санкт-Петербург, 198504; Апатиты, 184209

Список литературы

  1. Baker R.W. // Membrane Technology and Applications, third ed., John Wiley & Sons, Ltd., 2012.
  2. Nunes S.P., Culfaz-Emecen P.Z., Ramon G.Z., Visser T., Koops G.H., Jin W. Ulbricht M. Thinking the future of membranes: Perspectives for advanced and new membrane materials and manufacturing processes // Membr.Sci. 2020. 598. 117761.
  3. Соколов С.Е., Грушевенко Е.А., Волков В.В., Борисов И.Л., Маркова С.Ю., Шалыгин М.Г., Волков А.В. Композиционная мембрана из полидецилметилсилоксана для разделения смесей углеводородов при пониженных температурах // Мембраны и мембранные технологии. 2022. Т. 12. № 6. С. 430–437.
  4. Сырцова Д.А., Алентьев А.Ю., Чирков С.В., Безгин Д.А., Никифоров Р.Ю., Левин И.С., Белов Н.А. Метод жидкофазного фторирования полимеров как способ увеличения селективности разделения O2/N2 // Мембраны и мембранные технологии. 2023. Т. 13. № 1. С. 42–55.
  5. Жмакин В.В., Маркова С.Ю., Тепляков В.В., Шалыгин М.Г. Перспектива полимерных мембран для рекуперации ксенона из сбросных медицинских газовых смесей // Мембраны и мембранные технологии. 2023. Т. 13. № 2. С. 128–136.
  6. Алентьев А.Ю., Никифоров Р.Ю., Левин И.С., Царев Д.А., Рыжих В.Е., Сырцова Д.А., Белов Н.А. Газотранспортные свойства сополимеров винилиденфторида и тетрафторэтилена // Мембраны и мембранные технологии. 2023. Т. 13. № 6. С. 494–504.
  7. Ismail A.F., Chandra Khulbe K. Matsuura T. Gas Separation Membranes: Polymeric and Inorganic. (1st Ed.). 2015. Springer International Publishing: Imprint: Springer, Cham, 2015
  8. Алентьев А.Ю., Рыжих В.Е., Сырцова Д.А., Белов Н.А. Полимерные материалы для решения актуальных задач мембранного газоразделения // Успехи химии. 2023. Т. 92(6) RCR 5083.]
  9. Polotskaya G.A., Penkova A. V., Toikka A. M., Pientka Z., Brozova L., Bleha M. // Transport of small molecules through polyphenylene oxide membranes modified by fullerene. Sep. Sci. Techn.. 2007. V. 42 (2). P. 333–347.
  10. Polotskaya G.A., Avagimova N.V., Toikka A.M., Tsvetkov N.V., Lezov A.A., Strelina I.A., Gofman I.V., Pientka Z. Optical, Mechanical, and Transport Studies of Nanodiamonds // Poly(Phenylene Oxide) Composites. Polymer Composites. 2017.
  11. Khan R., Liu W.-M., Haq I.U., Zhen H.-G., Mao H., Zhao Z.-P. Fabrication of highly selective PEBA mixed matrix membranes by incorporating metal-organic framework MIL-53 (Al) // J. Membr. Sci. 2023. P. 686.
  12. Liang J., Li J., Li X., Liu K., Wu L., Shan G. The sorption behavior of CHA-type zeolite for removing radioactive strontium from aqueous solutions // Separ. Purif. Technol. 230 (2020) 115874.
  13. Dyer A., Las T., Zubair M. The use of natural zeolites for radioactive waste treatment: studies on leaching from zeolite/cement composites // J. Radioanal. Nucl. Chem. 243 (2000). P. 839–841.
  14. Guo X., Zhang P., Navrotsky A. The thermodynamics of gas absorption and guest induced flexibility in zeolite Y. // Microporous Mesoporous Mater. 294 (2020) 109893.
  15. Qiang Z., Shen X., Guo M., Cheng F., Zhang M. A simple hydrothermal synthesis of zeolite X from bauxite tailings for highly efficient adsorbing CO2 at room temperature // Microporous Mesoporous Mater. 287 (2019). P. 77–84.
  16. Moorea Eli K., Ostrovekkhova A., Hummer D., Morrison S., Peralta Y., Spielman S.J. The influence of oxygen and electronegativity on iron mineral chemistry throughout Earth’s history // Precambrian Research. 2023. V. 386.
  17. Pekov V., Zubkova N.V., Chukanov N.V., Yapaskurt V.O., Turchkova A.G., Ksenofontov D.A., Pushcharovsky D.Yu. Natisite, Na2TiSiO5, an Indicator Mineral of Hyperagpaitic Hydrothermal Assemblages in the Lovozero and Khibiny Alkaline Plutons, Kola Peninsula: Occurrence, Crystal Chemistry, and Genetic Features // Geology of Ore Deposits. 2023. V. 62. P. 452–469.
  18. Kalashnikova G.O., Zhitova E.S., Selivanova E.A., Pakhomovsky Ya.A., Yakovenchuk V.N. et al. The new method for obtaining titanosilicate AM-4 and its decationated form: Crystal chemistry, properties and advanced areas of application. Microporous and Mesoporous Materials. 2021. 313.
  19. Pushcharovsky D., Ivanov-Schitz A. Structural Principles of Ion-Conducting Mineral-like Crystals with Tetrahedral, Octahedral, and Mixed Frameworks // Minerals. 2024. V. 14 (8). 770.
  20. Waskowska A., Gerward L., Olsen J.S., Sieradzki A., Morgenroth W. Na2TiGeO5: Crystal structure stability at low temperature and high pressure // J. of Physics and Chemistry of Solids. 2008. V. 69. P. 815–821.
  21. Pulyalina A., Grekov K., Tataurova V., Senchukova A., Novikov A., Faykov I., Polotskaya G. Effect of Ionic liquid on formation of copolyimide ultrafiltration membranes with improved rejection of La3+ // Scientific Reports. 2022. V. 12.
  22. White L.S. Transport properties of a polyimide solvent resistant nanofiltration membrane // J. Membr. 2002. 191.
  23. Liu R., Qiao X., Chung T.S. The development of high performance P84 co-polyimide hollow fibers for pervaporation dehydration of isopropanol. Chem. Eng. Sci. 2005. 60, 6674.
  24. Barsema J.N., Kapantaidakis G.C., van der Vegt N.F.A., Koops G.H, Wessling M. Preparation and characterization of highly selective dense and hollow fiber asymmetric membranes based on BTDA-TDI/MDI co-polyimide // J. Membr. 2003. 195.
  25. Hill A.J., Hannink R.H.J. Nanostructure Control of Materials, CRC Press, Boca Raton. 2006.
  26. White J.L., James L., Kim K.J., Thermoplastic and Rubber Compounds: Technology and Physical Chemistry // Carl Hanser Publishers. 2008.
  27. Boyer R.F. Physical properties of molecular crystals, liquids and glasses // J. Polym. Sci. Part A-1 Polym. Chem. 1969. 7. 2466–2466.
  28. Zhang H., Wang S., Weber S.G. Morphology and free volume of nanocomposite Teflon AF 2400 films and their relationship to transport behavior // J. Memb. Sci. 2013.V. 443 P. 115–123.
  29. Faykov I., Polotskaya G., Kuryndin I., Zoolshoev Z., Saprykina N., Tian N., Sorokina A., Pulyalina A. The effect of complex modifier consisting of star macromolecules and ionic liquid on structure and gas separation of polyamide membrane // Membranes. 2023. 13, P. 516.
  30. Chukanov N.V. Infrared spectra of mineral species: Extended library // Springer Geochemistry/Mineralogy, Springer Science+Business Media Dordrecht. 2014. P. 1726.
  31. Pulyalina A., Polotskaya G., Rostovtseva V., Pientka Z., Toikka A. Improved hydrogen separation using hybrid membrane composed of nanodiamonds and P84 copolyimide // Polymers. 2018. 10 (8), P. 828.
  32. Alentiev A.Yu., Ryzhikh V.E., Syrtsova D.A., Belov N.A. Polymer materials for solving actual problems of membrane gas separation // Russ. Chem. Rev. 2023. 92 (6), RCR5083.
  33. Robeson L.M. // J. Membr. Sci. 1991. V.62. P. 165.
  34. Robeson L.M. The upper bound revisited // J. Membr. 2008. 320. P. 390–400.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».