Диссертация (1148248), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Также со стороныколлекторов газовой фазы располагаются крупнопористые буферные подкладки(8), предотвращающие выгибание фазоразделительной мембраны при повышениидавления внутри хроматомембранной ячейки.На рис. 11 представлена фотография собранной хроматомембраннойячейки.50Рисунок 11. Фотография хроматомембранной ячейки.2.1.2.
Сравнение характеристик поликапиллярных матриц с различнойконфигурацией каналовДля массообменных блоков с различным профилем каналов, изготовленныхпо данной технологии, в первую очередь проверялась зависимость расхода газачерез ХМЯ от его давления на входе в ячейку. Сравнение проводилось для матрицс каналами прямоугольного сечения 2×1 мм и с каналами треугольного сечения сдлиной ребра треугольника 2 мм.
Результаты представлены в таблице 1.51Таблица 1. Зависимость расхода газа через хроматомембранную ячейку от давления газа вячейке для поликапиллярных матриц с прямоугольным и треугольным сечением каналов.Расход газа через ячейку,WG, мл/минДавление газа, PG,атмМатрица с прямоугольнымиМатрица сканаламитреугольными каналами0,012871090,038753240,051445538Несмотря на то, что эффективность массообмена матрицы с треугольнымиканалами практически не отличается от эффективности массообмена матрицы спрямоугольными каналами (рис.
12), в случае треугольных каналов, имеющихсоизмеримые площади сечения, сопротивление для газа значительно выше, чтоможет существенно увеличить время анализа при определении в воздухемикроконцентрацийаналитов,требующихбольшихкоэффициентовконцентрирования.AH2 O2,0Раствор С1Раствор С2Раствор С1H2 O1,51,00,50,00100200300400500V, млРисунок 12. 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 различнымиполикапиллярными массообменными блокам. ▲ –матрица с каналами треугольного сечения, ■– матрица с каналами прямоугольного сечения.52ДалеебылопроведеносравнениеэффективностиХМЯсполикапиллярными блоками, имеющими каналы прямоугольного сечения разнойтолщины (рис. 13).
В обоих случаях профили каналов были ориентированыотносительно потока газовой фазы по микропорам таким образом, чтобы этотпоток был направлен вдоль стенок канала большей длины.Aa)11,00,90,80,720,60,50,40,30,20,10,0050100V, мл53Aб)11,00,90,820,70,60,50,40,30,20,10,0050100150200V, млРисунок 13. Динамика изменения концентрации этилацетата в потоке газа-экстрагента послемгновенного изменения его концентрации в потоке пробы для поликапиллярного блока сканалами прямоугольного сечения при расходах жидкости 3 мл/мин (а) и 11 мл/мин (б). 1 –блоки с сечением 2х1 мм, 2 – блоки с сечением 2х0,5 мм.Можно видеть, что независимо от величины расхода и профиля сеченияканаловвовсехслучаяхвыходсистемывстационарноесостояниехарактеризуется постоянством концентрации аналита в газе-экстрагенте, то естьреализуетсярежимравновесногонасыщенияаналитом,наиболеепривлекательный для парофазного анализа.
При этом применение блоков сканалами прямоугольного сечения размером 2х1 мм обеспечивает большуюэффективность массообмена, что проявляется в более быстром достижениистационарного состояния, что делает их использование в системах непрерывногоon-line детектирования более предпочтительным.2.2.Сравнениеэффективностимассообменавбипористыхиполикапиллярных матрицах в режиме газовой экстракцииСравнение эффективности массообмена в хроматомембранных ячейках сбипористыми и поликапиллярными массообменными блоками проводилось по54характеру зависимостей величины аналитического сигнала, соответствующегосодержанию аналита в газовой фазе при проведении парофазного анализа водныхрастворовлетучихорганическихвеществотобъёмагаза-экстрагента,пропущенного через ячейку.Анализ выполнялся на лабораторном хроматографе ЛХМ-80 с пламенноионизационнымдетекторомсиспользованиемнасадочнойколонкиизнержавеющей стали размером 100×0,3см, заполненной хромосорбом-101 сразмером частиц 0.16-0.22 мм.
Условия газохроматографического анализа:температура испарителя – 200 °С; температура детектора – 210 °С; расход газаносителя (азота) – 30 мл/мин; расход водорода – 30 мл/мин; расход кислорода –300 мл/мин; объём дозирующей петли при парофазном анализе – 1,5 см3;температуру колонок варьировали в диапазоне от 150 до 180 ºС в зависимости отрешаемой аналитической задачи. Для проведения анализа были использованыХМЯсбипористымиполикапиллярныммассообменнымиблокамисгеометрическими размерами 50x10x14 мм. Первой указана длина, за которуюпринимается протяженность массообменного слоя по направлению движенияводной фазы, второй – ширина – размер массообменного слоя перпендикулярнодвижению потоков водной и газовой фаз, третьей – высота – протяженность слояпо направлению движения газовой фазы.
В качестве фазоразделительныхмембранбылииспользованыПТФЭмембраныпроизводстваЗАО НПО «Экофлон».Скорость потока газа-экстрагента через ХМЯ устанавливали с помощьюрегулятора расхода. Анализируемый раствор вытесняли из пробоотборнойёмкости и подавали в ячейку под действием избыточного давления газа,создаваемого регулятором давления. Расход газа-экстрагента через ХМЯ (WG)измеряли мыльно-пленочным расходомером, а расход жидкости (WL) – спомощью мерного цилиндра и секундомера после её отбора на выходе из ячейки.Водные растворы компонентов с известной концентрацией готовили объёмнообъёмнымспособомсдозированиемаликвотыорганическихвеществмикропипеткой в фиксированный объём дистиллированной воды в мерной колбе.55В качестве контрольных компонентов были выбраны диэтиловый эфир,этилацетат и бутиловый спирт, как вещества с сильно различающимисякоэффициентами распределения (табл.
2) в системе вода-газ [74].Таблица 2. Коэффициенты распределения и рабочие концентрации использованных аналитов.АналитКоэффициентраспределения всистеме вода-газ, 20 ºС,760 мм рт. ст.Концентрация аналитаС1, мг/лДиэтиловый эфирЭтилацетатБутиловый спирт402104660110100Через ХМЯ одновременно пропускались потоки водных растворовисследуемых аналитов с заданной концентрацией и газа-экстрагента. На выходеиз ячейки по величине аналитического сигнала детектора контролироваласьконцентрация аналита в газе-экстрагенте. При этом после пропусканияопределённого объёма дистиллированной воды, предварительно прокипячённойдля удаления примесей летучих органических веществ, через ХМЯ пропускалисьтакие же объёмы водных растворов аналитов с резко (в 2 раза) изменяющейсяконцентрацией.
Скачкообразное изменение концентрации производилось как всторону её увеличения, так и уменьшения. По результатам проведённогоэксперимента были построены зависимости величины аналитического сигналахроматографического детектора от количества газа экстрагента, пропущенногочерез ХМЯ. Вид зависимостей для всех трёх выбранных аналитов был одинаков(рис. 14). Различия наблюдались лишь в величине остаточного аналитическогосигнала (А1m-А1) и (А0m-А0)56AH2 OРаствор С1Раствор С2Раствор С1H2 O2,01,5A1m1,0A10,5A0m0,0A00100200300400500600V, млРисунок 14.
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. Мембрана ЗАО НПО «Экофлон». ● – бипористая матрица, ■ –поликапиллярная матрица.Приведённыеданныесвидетельствуютопрактическиодинаковойэффективности массообмена и времени выхода в стационарный режим вбипористых и поликапиллярных матрицах.
В то же время в обоих случаяхнаблюдается проявление «эффекта памяти» - остаточного аналитического сигналапри переходе от больших концентраций к меньшим во время проведения анализа.Величина этого аналитического сигнала соответствует расстоянию междугоризонтальными пунктирными линиями на рис. 14.Численная оценка величины «эффекта памяти» может быть проведена последующей формуле:ЭП A1m A1 100%A1,57где ЭП – численной значение величины эффекта памяти, %; A1 – величинааналитического сигнала – концентрации аналита в газовой фазе, соответствующаяего концентрации в жидкой фазе; A1m – завышенный вследствие «эффектапамяти» аналитический сигнал.В таблице 3 представлены значения величины эффекта памяти для каждогоаналита, рассчитанные по данной формуле.Таблица 3.
Величины «эффекта памяти» для диэтилового эфира, этилацетата и бутиловогоспирта при проведении парофазного анализа с различными массообменными матрицами иодинаковыми фазоразделительными газодиффузионными мембранами.ЭП при изменении концентрации аналита в двараза, %АналитБипористая матрицаПоликапиллярнаяматрицаДиэтиловый эфир5-65-6Этилацетат10-1210-12Бутиловый спирт21-2321-23Таким образом, было установлено, что наличие остаточного сигнала и еговеличина не зависят от типа массообменного блока. Это позволило сделатьпредположение,чтопричинойпроявления«эффектапамяти»являетсягазодиффузионная мембрана.2.3.Блочные газодиффузионные фазоразделительные мембраныВ связи с этим были предприняты попытки изготовить блочныегазодиффузионные мембраны (БГМ) из чистого политетрафторэтилена марки Ф4ПН путём его просеивания через сито с ячейками 0,1 мм с последующимспеканием.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
