Новые функциональные мембранные материалы на основе полимеров и полимерных нанокомпозитов, их транспортные, физико-химические и структурные особенности, а также термодинамико-кинетическое прогнозирование сепарационных и транспортных характеристик. Государственный контракт № 16.740.11.0658 от 02 июня 2011г. (итоговый)

Цель работы – разработка методов модификации полимерных матриц наночастицами для улучшения свойств мембранных материалов за счет включения углеродных наночастиц (фуллерен, фуллеренол), перовскитов и перовскитоподобных частиц в полимерные матрицы (полиариленов, поливинилового спирта, полисульфона), изучение структурных, физико-химических и транспортных свойств мембран, проведение моделирования. Приготовление композитов осуществлялось диспергацией неорганических частиц в полимерных матрицах растворным методом и методом твердо-фазного синтеза. Подобраны полимер и модификатор с учетом их физико-химических и структурных особенностей. Совмещены полимеры и модификаторы в растворе и твердой фазе. Выбраны оптимальные концентрации модификатора, вязкости полимерного раствора, выбрано диспергирующее оборудование (ультразвуковая ванна, ультразвуковой диспергатор) и условия диспергирования, условия термостатирования для формирования полимерных пленок. Проведены патентные исследования по ГОСТ Р 15.011-96. Для определения характера связи в композитах были использованы спектральные методы исследования. Было проведено измерение контактных углов поверхности полимерных пленок по воде для оценки изменения гидрофобно-гидрофильных характеристик поверхности. Для оценки влияния модификатора на изменение внутренней структуры мембраны был использован метод сканирующей электронной микроскопии. Было проведено измерение контактных углов поверхности полимерных пленок для изучения поверхностной морфологии модифицированных полимерных мембран, представлено критическое поверхностное натяжение. Для оценки изменения структуры полимера в процессе его модификации наночастицей были проведены реологические исследования посредством определения характеристической вязкости и динамической вязкости. Измерение плотности образцов производилось посредством флотационного метода. Свободный объем полимерных модифицированных и не модифицированных мембран был определен по методу Бонди. Результатом проведения исследований в течение первого, второго и третьего этапа данной ФЦП явилось создание изобретения «Способ получения диффузионных фуллеренолсодержащих мембран» на уровне результатов интеллектуальной деятельности, превышающим мировой. Транспортные свойства мембран на основе гомополимеров и нанокомпозитов были получены методом первапорации. Степень набухания мембран была измерена гравиметрическим методом. Выбраны системы разделения на мембране с учетом актуальности разделения для промышленных интересов. Изучено разделение системы метил-трет-бутиловый эфир/метанол на мембране из полифениленизофталамида, модифицированного фуллереном. Рассмотрены различные бинарные системы с целью очистки воды от сопутствующих примесей. Изучена сорбция для оценки степени набухаемости полимерной мембраны. Данный параметр необходим для оценки ресурсопроизводительности мембраны и объяснения транспорта низкомолекулярных веществ. Степень набухаемости определена гравиметрическим методом, путем погружения образца в изучаемую жидкость и взвешивания образца до достижения постоянного (равновесного) значения. На основании сорбционных данных рассчитан коэффициент диффузии исследуемых веществ в мембране. При исследовании разделения бинарных систем получены транспортные параметры мембраны (проницаемость и селективность). Подобрана оптимальная концентрация введения модификатора в полимерную матрицу на основании полученных данных. Выбраны системы разделения на мембране с учетом актуальности разделения для промышленных интересов. Проведено изучение разделения системы спирт - уксусная кислота - сложный эфир-вода, то есть изучение смещения равновесия реакции этерификации посредством первапорации (что является очень актуальным) на уже разработанных ранее мембранах из полифениленоксида, модифицированного фуллереном, и на новых мембранах на основе композитов для синтеза различных сложных эфиров. Проведен поиск данных по равновесию жидкость-пар в бинарных системах и соответствующие им X-Y первапорационные концентрационные зависимости. Была проведена аппроксимация экспериментальных данных теоретически рассчитанными для бинарных систем с использованием уравнения Дальтона. Была проведена аппроксимация экспериментальных данных теоретически рассчитанными для бинарных систем с использованием уравнения Рауля, для хорошей аппроксимации в области разбавленных растворов (низких концентраций).