CC BY
32ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОЛИСТИРОЛЬНЫХ МЕМБРАН В НЕФТЕХИМИИ
Каримов Э.Х.1, Каримов О.Х.г, Даминев Р.Р.3, Арифулина Д.Р.4, Ахметзянова А.Р.5
'ORCID 0000-0002-4224-4586, 2ORCID 0000-0002-0383-4268, 3ORCID 0000-0001-8673-5240, 4ORCID 0000-0003-2142-5385, 5ORCID 0000-0002-1476-2167, Филиал Уфимского государственного нефтяного технического университета в г. Стерлитамаке, г. Стерлитамак, Российская Федерация
В статье приводятся результаты исследования ионообменных мембран на основе полистирола. Описан процесс набухания ионообменной мембраны на примере набухания катионита в бутаноле. На примере вы-сокосшитого катионита показан предел набухания исходного катионита (до формования мембраны). Установлена специфика набухания конечной мембраны после армирования.
Ключевые слова: мембраны; катионит; полистирол; набухание; суль-фо-группа; бутанол.
FEATURES OF OPERATION OF POLYSTYRENE MEMBRANES IN PETROCHEMICAL INDUSTRY
Karimov E.K.1, Karimov O.K.1, Daminev R.R.3, Arifulina D.R.4, Akhmetzyanova A.R.5
'ORCID 0000-0002-4224-4586, 2ORCID 0000-0002-0383-4268, 3ORCID 0000-0001-8673-5240, 4ORCID 0000-0003-2142-5385, 5ORCID 0000-0002-1476-2167, Ufa State Petroleum Technological University, Branch of the University in the City of Sterlitamak, Sterlitamak, Russian Federation
The article presents the research results of ion-exchange membranes based on polystyrene. Describes the process of swelling of ion exchange membrane for example, the swelling of the cation exchange resin in butanol. For example vysokochetkogo of the cation is shown to limit swelling, the source of cat-
ion (up to molding of the membrane). Specific features of swelling of the final membrane after reinforcement.
Keywords: membrane; cation exchange resin; polystyrene; swelling; sulfo-group; butanol.
Во многих важных процессах ионообменные мембраны (ИМ) оказываются единственным решением селективного удаления примесей. В большинстве технологических процессов (не только мембранных, но и каталитических) ионообменные смолы работают в полностью или частично набухшем состоянии. Пористая структура ионообменной смолы в значительной степени зависит от характеристики набухания своей полимерной сетки (матрицы). Качественное набухание формирует свободные пространства внутри смолы и позволяет свободно (быстро) диффундировать молекулам в порах матрицы. Поэтому для повышения эффективности ионного обмена уделяется большое внимание характеристикам набухания и структурным свойствам в реакционной среде [1-5].
На примере высокосшитого катионита (дивинилбензола - 19-20% мас.) в работе [1] было изучено набухание макропористой смолы в бутиловом спирте. Матрица содержала около 2100 мономеров стирола и 350 мономера дивинилбензола. Почти все стирольные звенья содержали функциональную сульфо-группу, расположенные предпочтительно в пара-положении ароматического кольца. Описание матрицы осложнено наличием неоднородной сшивки, разной длины полимерных сегментов и внутренних петель (закрытые полимерные цепи) разного размера [6-8].
Низкая концентрация спирта при контакте с катионитом приводит к усадки катионита (таблица 1), при увеличении содержания бутанола наблюдается набухание смолы. Усадка смолы значительно сказывается на повышении плотности катионита.
Таблица 1.
Набухание высокосшитого катионита в бутаноле [1]
Сухой Концентрация
Анализируемый параметр катио- поглощаемого бутанола
нит 10% 20% 30% 40% 50%
Изменение объема катионита
относительно объема сухого катионита (с вычетом поглощенного 0,0 -11,8 -2,0 +20,5 +42,0 +83,0
бутанола), %
Плотность катионита, г/см3 0,96 1,19 1,21 1,18 1,11 1,05
Авторами работы [1] было доказано наличие оптимальной концентрации поглощаемого раствора, обеспечивающее максимальное набухание катионита. В основе расчета заложены энергии систем: смола-спирта, сухого катионита и молекул бутанола. При увеличении концентрации бу-танола выше оптимального значения увеличивается энергия системы свободного (несвязанного с катионитом) бутанола.
Набухание ионообменной смолы происходит за счет взаимодействия раствора с функциональной группой. При изучении высокосшитого кати-онита [1] показано, что с увеличением адсорбированного раствора в кати-оните выше оптимального значения происходит растяжение полимерной матрицы катионита [7, 8]. Достижение равновесия при набухании характеризуют равновесием между осмотическими силами и упругими силами сополимера. Осмотическое давление возникает в смоле при сольватации раствора, формируя при этом каналы (поры) в ионообменной смоле.
Несмотря на большое количество разветвлений на поверхности ма-кропор в процессе в основном задействованы функциональные группы, расположенные в микропорах. Микропоры, как и у гелевого типа иони-тов, формируются только при набухании в растворе. Наличие макропор способствует лишь быстрой диффузии молекул в глубину ионита. В связи с этим изучение площади поверхности сухих ионитов не представляют интереса.
Список литературы
1. Pérez-Maciâ M. A., Curco D., Bringué R., Iborra M., Rodriguez-Ropero F., N.F. A. van der Vegt, Carlos Aleman. 1-Butanol absorption in poly(styrene-divinylbenzene) ion exchange resins for catalysis // Soft matter. 2015. V. 11 (47), рр. 9144-9149.
2. Karimov E.K., Kas'yanova L.Z., Movsumzade E.M., Karimov O.K. Specific features of operation of nickel as a component of a catalyst for production of monomers // Russian Journal of Applied Chemistry. 2015. Т. 88. № 2, рр. 289-294.
3. Каримов Э.Х., Касьянова Л.З., Даминев Р.Р., Каримов О.Х., Мовсумзаде Э.М. Катализаторы окисления в условиях дегидрирования метилбутенов // Нефтепереработка и нефтехимия. 2014. Т. 2. С. 22-24.
4. Полетаева О.Ю., Мухаметзянов И.З., Илолов А., Латыпова Д.Ж., Бородин А.В., Каримов Э.Х., Мовсумзаде Э.М. Основные направления повышения производства топлива из углеводородного сырья // Нефтепереработка и нефтехимия. 2015. № 2. С. 3-10.
5. Karimov E.K., Kas'yanova L.Z., Movsumzade E.M., Daminev R.R., Kari-mov O.K., Yalalov M.R. Combination of oxidation and dehydrogenation processes of isoamylenes in the production of isoprene on iron potassium catalyst // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2016. V. 50. №1, рр. 92-96.
6. Полетаева О.Ю., Латыпова Д.Ж., Мухаметзянов И.З., Каримов Э.Х., Мов-сумзаде Э.М., Бородин А.В. Направления переработки различных видов сырья (нефти, газа, сланца и угля) для производства углеводородов // Не-фтегазохимия. 2014. № 3. С. 8-14.
7. Вайнертова К., Кршивчик Й., Недела Д., Странска Э., Каримов Э.Х., Но-вак Л., Мовсумзаде Э.М. Полимерные связующие для ионообменных мембран с повышенной механической стойкостью // Промышленное производство и использование эластомеров. 2016. № 2. С. 33-42.
8. Nedela D., Stranska E., Krshivchik Ja., Vaynertova K., Hadrava Ja., Каримов Э.Х., Мовсумзаде Э.М. Influence of reinforcement on the heterogeneous bipolar membrane properties // Известия ВУЗов. Серия: Х. и Хим.техн. 2016. Т. 59. № 10. С. 47-53.
