The Influence of Low-Temperature Plasma on the Structure of Surface Layers and Gas-Separating Properties of Polyvinyltrimethylsilane Membranes

D. A. Syrtsova; Сырцова Д. А.; A. V. Zinoviev; Зиновьев А. В.; M. S. Piskarev; Пискарев М. С.; E. A. Skryleva; Скрылева Е. А.; A. K. Gatin; Гатин А. К.; A. B. Gilman; Гильман А. Б.; A. I. Gaidar; Гайдар А. И.; A. A. Kuznetsov; Кузнецов А. А.; V. V. Teplyakov; Тепляков В. В.

doi:10.31857/S2218117223020062

Воздействие низкотемпературной плазмы на структуру поверхностных слоев и газоразделительные свойства мембран из поливинилтриметилсилана

Авторы: Сырцова Д.А.¹, Зиновьев А.В.², Пискарев М.С.², Скрылева Е.А.³, Гатин А.К.⁴, Гильман А.Б.², Гайдар А.И.⁵, Кузнецов А.А.², Тепляков В.В.¹
Учреждения:
1. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН
2. Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова Российской академии наук
3. Национальный исследовательский технологический университет “МИСиС”
4. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук
5. Научно-исследовательский институт перспективных материалов и технологий
Выпуск: Том 13, № 2 (2023)
Страницы: 117-127
Раздел: Статьи
URL: https://ogarev-online.ru/2218-1172/article/view/137996
DOI: https://doi.org/10.31857/S2218117223020062
EDN: https://elibrary.ru/HZUCKI
ID: 137996

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Представлены новые результаты исследований по односторонней поверхностной модификации полимерных пленок и плоских композиционных мембран из поливинилтриметилсилана (ПВТМС) с использованием низкотемпературной плазмы. Обработку проводили в разряде постоянного тока на катоде и аноде, в качестве рабочей среды использовали воздух, время воздействия составляло от 10 до 60 с, рабочее давление в камере – 15–20 Па. Анализ структуры поверхностных слоев осуществляли методами РФЭС, АСМ и СЭМ, исследовали также контактные свойства поверхности. Экспериментально получены эффективные коэффициенты проницаемости для O₂, N₂, СН₄, СО₂, Не и Н₂, а также диффузии газов, рассчитаны эффективные коэффициенты растворимости газов для пленок ПВТМС, обработанных на катоде. Определены коэффициенты проницаемости исследуемых газов для композиционных мембран с селективным слоем из ПВТМС, модифицированных на катоде и аноде. Установлено, что выбор электрода существенным образом влияет не только на химическую структуру поверхностного и приповерхностного слоев ПВТМС, но и на газотранспортные параметры модифицированных образцов Найдено, что в случае гомогенных пленок, модифицированных на катоде, значения коэффициентов проницаемости, диффузии и растворимости газов оказываются выше, а селективности – ниже, чем при обработке на аноде. При этом, при обработке пленок ПВТМС на катоде в течение 30 с удалось достичь повышения селективности по паре O₂/N₂ более, чем в два раза относительно исходных значений. Установлено, что при модификации композиционных мембран результаты отличаются от показателей, полученных для гомогенных пленок, причем, для композиционной мембраны, обработанной на катоде, удалось достичь селективности по паре O₂/N₂, в 2.5 раза выше исходного значения. Показан потенциал применения поверхностной модификации полимерных пленок и мембран в низкотемпературной плазме для улучшения их газоразделительных свойств.

Ключевые слова

мембранное газоразделение, полимерные мембраны, низкотемпературная плазма, поверхностная модификация мембран

Список литературы

Borisov S., Khotimsky V.S., Rebrov A.I., Ryko, S.V., Slovetsky D.I., Pashunin Yu.M. // J. Membr. Sci. 1997.V. 125(2). P. 319.
Volkov A.V., Tsarkov S.E., Gilman A.B., Khotimsky V.S., Roldughin V.I., Volkov V.V. // Advances in Colloid and Interface Science. 2015. V. 222. P.716.
Kharitonov A.P., Taege, R., Ferrier, G., Teplyakov V.V., Syrtsova D.A., Koops G.-H. // J. of Fluorine Chem. 2005. V. 126(2). P. 251.
Demina T.S., Drozdov M.G., Yablokov M.Y., Gaida A.I., Gilman A.B. // Plasma Proc. Polym. 2015. V. 12(8). P. 710.
Cha C.M., Ko T.M., Hiraoka H. // Surf. Sci. Rep. 1996. V. 24(1–2). P. 1.
Zarshenas K., Raisi A., Aroujalian A. // RSC Adv. 2015. V. 5. P. 19760.
Lin X., Chen J., Xu J. // J. Memb. Sci. 1994. V. 90(1–2). P. 81.
Gancarz I., Poźniak G., Bryjak M. // European Polymer J. 1999. V. 35. P. 1419.
Kumazawa H., Yoshida M. // J. Appl. Polym. Sci. 2000. V. 78(10). P. 1845.
Yuan H., Yu B., Cong H., Peng Q., Yang R., Yang Sh., Yang Zh., Luo Y., Xu T., Zhang H. // Rev. Adv. Mater. Sci. 2016. V. 3. № 44. P. 207.
Wang J., Chen X., Reis R., Chen Zh., Milne N., Winther-Jensen B., Kong L., Dumée L.F. // Membranes. 2018. V. 8(3). P. 56–94.
Shao L., Samseth J., Hagg M.-B. // Membranes Plasma Process. Polym. 2007. V. 4. P. 823.
Nakata M., Kumazawa H. // J. Appl. Polym. Sci. 2006. V. 101. P. 383.
Teramae T., Kumazawa H. // J. Appl. Polym. Sci. 2007. V. 104(5). P. 3236.
Kramer P.W., Yeh Y.-S., Yasuda H. // J. Memb. Sci. 1989. V. 46. P. 1.
Matsuyama H., Teramoto M., Hirai K. // J. Memb. Sci. 1995. V. 99(2). P. 139.
Fatyeyeva K., Dahi A., Chappey C., Langevin D., Valleton J.-M., Poncin-Epaillard F., Marais S. // RSC Adv. 2014. V. 4(59). P. 31036.
Зиновьев А.В., Пискарев М.С., Скрылева Е.А., Сенатулин Б.Р., Гатин А.К., Гильман А.Б., Сырцова Д.А., Тепляков В.В., Кузнецов А.А. // Химия высоких энергий. 2021. Т. 55. № 5. С. 410.
Demina T.S., Drozdova M.G., Yablokov M.Y., Gaidar A.I., Gilman A.B. // Plasma Proc. Polym. 2015. V. 12. № 8. P. 710.
Wu S. Polymer Interfaces and Adhesion // N.Y.: Marcel Dekker, 1982. P. 152.
Efmova E.A., Syrtsova D.A., Teplyakov V.V. // Separation and Purification Technology. 2017. V. 179. № 31. P.467.
Beckman I.N., Syrtsova D.A., Shalygin M.G., Kandasamy P., Teplyakov V.V. // J. Membr. Sci. 2020. V. 601. P. 117737.
Syrtsova D.A., Piskarev M.S., Zinoviev A.V., Kuznetsov A.A., Skryleva E.A., Gilman A.B., Teplyakov V.V. // J. Applied Polymer Sci. 2022. V. 139(41). P. 1.
Beckman I.N., Teplyakov V.V. // Adv. in Colloid and Interface Sci. 2015. V. 222. P. 70.
Wang Z., Luo Y., Zheng F., Zhang N., Yin C., Li J., He C., Peng X., Huang Z., Fang P. // Surf. Interf. Anal. 2018. V. 50. № 8. P. 819.
Sridhar S., Veerapur R.S., Patil M.B., Gudasi K.B., Aminabhavi T.M. // J. Appl. Polymer Sci. 2007. V. 106. № 3. P. 1585.
Donohue M.D., Minhas B.S., Lee S.Y. // J. Membrane Sci. 1989. V. 42. № 3. P. 197.
Yeom C.K., Lee S.H., Lee J.M. // J. Appl. Polymer Science. 2000. V. 78. № 1. P. 179.
Falbo F., Tasselli F., Brunetti A., Drioli E., Barbieri G. // J. Chemical Engineering. 2014. V. 31. P. 4.