Диссертация (1148248), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Эти попытки не увенчались успехом вследствие того, что частицыфторопласта благодаря сильному электростатическому притяжению забивалиячейки сита. При просеве фторопласта данной через сито с размером ячейки0,16 мм и последующем спекании удалось получить мембраны толщиной около581 мм. Спекание проводилось в условиях аналогичных спеканию листов дляполикапиллярных массообменных блоков.В качестве критериев оценкипригодности мембран использовались такие параметры, как проницаемостьмембраны для газовой фазы и критическое давление пробоя мембраны дляжидкой фазы. Сравнение данных параметров для мембран производстваЗАО НПО «Экофлон»имембран,изготовленныхпутёмспеканияизчистогополитетрафторэтилена, приведено в таблице 4.Таблица 4.
Характеристики фазоразделительных гидрофобных мембран.Kпр,МембранаТолщина, ммл·мин-1·см2ЗАО НПО «Экофлон»ПТФЭ Ф-4ПН, давление приспекании 2,7 гс/см2ПТФЭ Ф-4ПН, давление приспекании 5,1 гс/см2ПТФЭ Ф-4ПН, давление приспекании 27 гс/см2Pкр, атм·атм-10,085,20,521,052,10,060,971,10,130,920,780,18Измерение расхода газовой фазы через мембрану проводилось в устройстве,схема которого представлена на рисунке 15.59Рисунок 15. Схема устройства для определения коэффициента пропускания и критическогодавления пробоя мембран.Мембрана зажималась между двумя половинками металлического корпуса вуглубление. Корпус стягивался винтами.
В верхней камере устройства надмембранойрасполагаласьмакропористаяподложка,предназначеннаядляпредотвращения выгибания мембраны. Затем на мембрану под определённым ирегулируемымдавлениемподавалсягаз,расходкоторогонавыходерегистрировался. Критическое давление пробоя мембраны определялось спомощью этого же устройства, разница была лишь в том, что вместо газа внижнюю часть корпуса подавалась вода под определённым давлением. Выходгаза оканчивался стеклянным капилляром, кончик которого был опущен в воду.За критическое давление пробоя принималось значение давления воды, прикотором начинали появляться пузырьки воздуха на конце капилляра с регулярнойпериодичностью.
Это происходит вследствие того, что вода, проникшая черезмембрану, вытесняет воздух из верхней камеры устройства.К сожалению, значение критического давления пробоя полученных такимобразом мембран хоть и приближается к таковому для промышленновыпускаемых, но недостаточно для значительной части аналитических задач.60Было выдвинуто предположение, что изготовление мембран из порошкаболее мелких фракций может способствовать увеличению пористости мембран содновременным увеличением критического давления пробоя благодаря тому, чтов порах меньшего размера величина отрицательного капиллярного давленияполярной жидкости будет больше. Для проверки данного предположениятехнология изготовления мембран была модифицирована добавлением стадиидиспергирования порошка фторопласта в изопропиловом спирте для разрушенияобразовавшихся во время хранения конгломератов.
Для этого равные объёмыизопропилового спирта и фторопласта помещались в химический стакан иактивно перемешивались механической мешалкой. Затем полученная взвесьпереносилась на бумажный фильтр, изопропиловый спирт отгонялся с помощьювакуумного насоса. Политетрафторэтилен с фильтром переносился в сушильныйшкаф с конвекцией, где сушился при температуре 40 °С.
Высушенный порошокполитетрафторэтилена просеивался через сито с размером ячейки 0,08 мм, чтопри спекании под давлением 27 гс/см2 позволило получить мембраны скоэффициентом проницаемости Kпр = 4,6 л·мин-1·см-2·атм-1 и критическимдавлением пробоя Pкр=0,42 атм. При близости отмеченных характеристик,разработанные мембраны превосходят известные по удобству и технологичностисборки ХМЯ.
Они характеризуются большей механической прочностью иобеспечивают более надёжную герметизацию массообменного блока.2.4.Снижение величины «эффекта памяти»Далее был проведён ряд экспериментов аналогичных предыдущим, но сиспользованием разработанных мембран из чистого политетрафторэтилена.Результаты данного эксперимента для этилацетата представлены на рис. 16.61AH2 OРаствор С1Раствор С2Раствор С1H2 O2,01,51,00,50,00100200300400500V, млРисунок 16. Динамика изменения концентрации этилацетата в потоке газа-экстрагента послемгновенного изменения его концентрации в потоке пробы: раствор 1 с концентрацией С1 ираствор 2 с концентрацией С2=2С1, для хроматомембранных ячеек с различнымимассообменными блокам.
БГМ. ● – бипористая матрица, ■ – поликапиллярная матрица.Эффект памяти в случае ХМЯ с разработанными мембранами практическине проявляется, что позволило отдать им предпочтение в ХМЯ, использованныхдля исследований в дальнейшем.2.5.Сравнение аналитических характеристик ХМЯ с бипористыми иполикапиллярными матрицами при работе в режиме жидкостнойабсорбцииСреди аналитических характеристик ХМЯ при их применении в дискретномрежиме выделения аналитов наибольший практический интерес представляетскорость массообменных процессов и полнота выделения целевых компонентов.Сравнение ХМЯ с бипористыми и поликапиллярными матрицами по этимпараметрамбылопроведеноврежимехроматомембраннойжидкостнойабсорбции веществ из воздуха. Для этого была собрана установка по схеме,представленной на рис. 17.62Рисунок 17.
Схема рабочей установки для определения содержания фенола в воздухе: Н1 и Н2 –перистальтические насосы, 1 – ХМЯ, 2 – подача пробы воздуха, 3 – подача газовой смеси сизвестной концентрацией фенола, 4 – измерение расхода газа, 5 – ловушка для определениянеполноты поглощения фенола, 6 – отбор пробы для анализа на флуориметре, 7 – сбросжидкости.В качестве тестового вещества был выбран фенол. Эксперимент проводилсяследующим образом: хроматомембранная ячейка заполнялась абсорбентом –свежеперегнанной бидистиллированной водой, затем вход и выход жидкой фазыперекрывался. Далее в течение определённого времени через ХМЯ продуваласьгазовая смесь, содержащая фенол, полученная при помощи продувания воздухачерез ёмкость, заполненную раствором фенола.
После окончания продувки потокжидкой фазы поступал во флуориметрический детектор с длиной волнывозбуждения лампы детектора – 254 нм и снятием спектра флуоресценции – 300320 нм. Для работы были использованы поликапиллярные массообменные блокис каналами прямоугольного сечения (рис. 9) размером 40x14x10 мм. Первойуказана длина, за которую принимается протяженность массообменного слоя понаправлению движения водной фазы, второй (ширина) – размер массообменного63слоя перпендикулярно движению потоков водной и газовой фаз, третьей (высота)– протяженность слоя по направлению движения газовой фазы.
И бипористыемассообменныеблокианалогичнойгеометрическойформыиразмеров,спечённые из частиц фторопласта с размерами в диапазоне 1-2 мм.На рисунке 18 представлены зависимости величины аналитического сигналадетектора от времени при элюировании фенола из бипористой (1) иполикапиллярной (2) хроматомембранных ячеек при времени накопления 2 (а), 4(б) и 6 минут (в). Расход жидкой фазы при вымывании абсорбата из ячейки 1,72 мл/мин., расход газовой фазы во время поглощения – 100 мл/мин.,концентрация фенола в генерирующей ёмкости – 30 мг/л, что даёт в газовой фазеконцентрацию фенола примерно равную ПДК – 0,3 мкг/л, так как при 20 °Скоэффициент распределения фенола в системе воздух-вода приблизительно равенKp=105 [112].
Внутренний объём абсорбента в бипористом блоке составляетпримерно 0,5 мл, а в поликапиллярном – 0,6 мл.80а270A, усл. ед.6015040302010-20020406080100120140160180200t, с64200180б2160A, усл. ед.1401201100806040200050100150200250t, св2802260240220200A, усл. ед.18016011401201008060402000100200t, с300400500Рисунок 18. Зависимость величины аналитического сигнала от времени элюирования фенола избипористой (1) и поликапиллярной (2) ХМЯ при временах накопления 2 (а), 4 (б) и 6 минут (в).Из анализа приведённых выше зависимостей следует, что поликапиллярныемассообменные блоки имеют гораздо меньшую инертность, что сказывается на65времени, необходимом для полного вымывания поглощённого вещества. Повидимому, это происходит из-за того, что в объёме бипористого массообменногоблока жидкость находится в хаотично расположенных макропорах, размеркоторых варьируется в достаточно широких пределах, что и обуславливаетсложность быстрого и полного извлечения абсорбата из ХМЯ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
