И.Е. СКУРИДИН Научные руководители – Н.И. ЛАГУНЦОВ, к.ф.-м.н., доцент;

И.Е. СКУРИДИН
Научные руководители – Н.И. ЛАГУНЦОВ, к.ф.-м.н., доцент;
– И.М. КУРЧАТОВ, к.ф.-м.н., доцент
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»,
ОАО «Аквасервис», Москва
ОБРАТНЫЙ АСИММЕТРИЧНЫЙ
ГАЗОТРАНСПОРТНЫЙ ЭФФЕКТ В ПОЛИМЕРНЫХ
МЕМБРАНАХ
В работе исследовалось, как изменяется значение проницаемости различных
газов от ориентации полимерной газовой мембраны в широком диапазоне давлений. Экспериментально установлены закономерности асимметрического переноса
газовой фазы через ПВТМС-мембрану и показано, что наблюдается эффект обратной асимметрии, когда проницаемость со стороны пористой подложки значительно превышает проницаемость со стороны непористого селективного полимерного
слоя.
Проницаемость газов в газоразделительных мембранах, в зависимости
от выбранного направления градиента давления, может сильно различаться, т.е. наблюдается явление несимметричного переноса газа. Существует
ряд работ, в которых обнаружена асимметрия проницаемости в подобных
средах и предложены соответствующие модели описания этого процесса
[1,2].
Явление обратной анизотропии было впервые обнаружено в работе [3].
В данной работе исследуется асимметрия проницаемости на газоразделительной асимметричной полимерной мембране из поливинилтриметилсилана (ПВТМС). Мембрана из ПВТМС условно имеет 3 выраженных
слоя: непористый диффузионный (селективный) толщиной 70÷100 нм,
мелкопористый толщиной 10÷15 мкм с размером пор до 300 нм и слой с
крупными (до 4 мкм) транспортными порами [4]. Таким образом, ПВТМС
мембрана представляет собой градиентную пористую среду, т.е. среду,
состоящую из пористого слоя с изменением по толщине радиуса пор и
пористости, и непористого селективного слоя.
Исследования были проведены на таких газах, как углекислый газ,
азот, кислород, гелий. Для всех используемых газов в эксперименте удалось детектировать и верифицировать эффект обратной асимметрии, значение потока для некоторых газов со стороны пористой подложки может
превышать значение потока со стороны селективного слоя до трёх раз.
В частности, было показано, что проницаемость различных газов не
зависит от перепада давления в широком интервале давлений, но в области малых давлений проницаемость значительно увеличивается с ростом
давления до определенного значения. Подобное изменение может быть
объяснено сменой режима газопроницаемости: от квазиравновесного состояния к неравновесному, когда концентрация растворенных в полимере
газовых молекул не определяется соответствующей константой Генри, а
зависит от состояния поверхности мембраны. [5]
На основе данного эффекта, а в частности, полученных данных о коэффициентах проницаемости, селективности и анизотропии для различных компонентов газовой смеси становится возможным создание установки для получения искусственной атмосферы с возможностью регулирования содержания CO2.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства Образования и Науки РФ по соглашению №14.579.21.0046. Уникальный идентификатор проекта RFMEFI57914X0046.
Список литературы
1. О влиянии поверхностного потока на анизотропию проницаемости / А.В. Крюков,
И.М. Курчатов, Н.И. Лагунцов // Мембраны и мембранные технологии, 2013, том 3, № 1
2. On the Reverse Asymmetric Gas Transport Effect in the Polymer Membranes / I.E.
Skuridin, I.M. Kurchatov, N.I. Laguntsov // Physics Procedia, Volume 72, 2015, Pages 113–116
3. Direct and reverse anisotropy of permeability in asymmetric gas separation membranes /
I.M. Kurchatov, N.I. Laguntsov // Proceedings of the XXV International symposium on physicochemical methods of separation “ARS SEPARATORIA”, Torun, Poland, 2010, p.286
4. Мембранное разделение газов / Ю.И. Дытнерский, В.П. Брыков, Г.Г. Каграманов //
М., Химия, 1991, 344c.
5. Тимашев С.В. / Физико-химия мембранных процессов // Moscow “Chemistry”, 1988,
240с.