1960 წელს, პირველი კომერციული თხელი ფილმი მომზადდა ფაზის ტრანსფორმაციის პროცესით, რითაც აღინიშნა მნიშვნელოვანი ნაბიჯი მემბრანის განცალკევების ტექნოლოგიის სფეროში. ამ დიდი გამოგონების შემდეგ, გაზის განცალკევება, მიკრო ფილტრაცია, ულტრაფილტრაცია და საპირისპირო ოსმოზი და ა.შ., ასევე დაიწყო დიდი - მასშტაბის ინდუსტრიული. დღეისათვის, მემბრანის განცალკევების ტექნოლოგიის გამოყენება მოიცავს თითქმის ყველა სამრეწველო დარგს, მაგალითად, ბიოტექნოლოგიის, ენერგიის, ელექტრონიკის, გარემოსდაცვითი და ქიმიური პროგრამების სფეროს. 1980 -იანი წლებიდან არაერთმა კვლევამ აჩვენა PVDF მემბრანების შესრულების მახასიათებლები. სხვა კომერციულ პოლიმერულ მასალებთან შედარებით, პოლივინილიდენის ფტორმა (PVDF), როგორც მემბრანის მასალამ, დიდი ყურადღება მიიპყრო. ეს იმიტომ ხდება, რომ პოლივინილიდენის ფტორის მასალას აქვს შესანიშნავი შესრულება, მაგალითად, მაღალი მექანიკური სიძლიერე, კარგი თერმული სტაბილურობა, ძლიერი ქიმიური წინააღმდეგობა, წყლის მაღალი წინააღმდეგობა, ეს სტატია ძირითადად შეისწავლოს და შეისწავლოს პოლივინილიდენის ფტორული მასალის შესრულება, უფრო მეტიც, PVDF მახასიათებლების სიღრმისეული გაგება.

პოლივინილიდენის ფტორიდი (PVDF) მემბრანა

ბოლო წლების განმავლობაში, პოლივინილიდინის ფტორული (PVDF) მემბრანა ერთ -ერთი ყველაზე პოპულარული მემბრანის მასალა გახდა. მიუხედავად იმისა, რომ PVDF მემბრანები არ არის ისეთი ჰიდროფობიური, როგორც პოლიტეტროფლუორეთილენი (PTFE) და პოლიპროპილი (PP), შედარებით სხვა მასალებთან, როგორიცაა პოლიმიდი (PI), პოლიეთერული სულფონი (PE) და პოლისულფონი (PS), PVDF მემბრანები უფრო მეტია. გამხსნელის შერჩევის სირთულისა და სპეციფიკაციის გამო, ფაზის კონვერტაციის მეთოდით პოლიპროპილენის ფილმისა და PTFE ფილმის მომზადებას აქვს შეზღუდვები. აქედან გამომდინარე, PVDF კვლავ არის მემბრანული მასალის საუკეთესო არჩევანი განაცხადის სფეროში, მაგალითად, მემბრანის დისტილაცია და მემბრანის კონტაქტორის პროგრამა. ამ დასკვნის მიზეზი ის არის, რომ PVDF შეიძლება ადვილად დაიშალოს საერთო ორგანულ გამხსნელებში. გამოძიებათა სერიამ აჩვენა, რომ ფაზის ტრანსფორმაციის მეთოდი იყენებს ძალიან მარტივ ჩაძირვის ნალექებს ფოროვანი PVDF მემბრანების მოსამზადებლად. უფრო მეტიც, PVDF მემბრანის თერმული სტაბილურობა მას ოპტიმალურ არჩევანს და პოპულარულ თხელი ფილმის მასალად აქცევს სამრეწველო პროგრამების ფართო სპექტრს. მისი მაღალი მექანიკური სიმტკიცისა და შესანიშნავი ქიმიური წინააღმდეგობის გამო, PVDF მემბრანა უკეთესი არჩევანია, ვიდრე სხვა მემბრანის მასალები. მისი გამორჩეული თვისებები მას უფრო შესაფერისია ჩამდინარე წყლების დამუშავების პროგრამებისთვის. გარდა ამისა, PVDF მემბრანა შეიძლება გაწმენდილი იყოს დაბალი - დონის მოპოვების პროცესით, საკუთარი თავის სუფთა პოლიმერის შესაქმნელად. ეს საშუალებას აძლევს, რომ იგი ფართოდ იქნას გამოყენებული ბიომედიცინის და ბიოსეპარატირების სფეროებში. სხვა კრისტალური პოლიმერებისგან განსხვავებით, PVDF– ს თავად აქვს მაღალი ხარისხის თავსებადობა სხვა პოლიმერებთან, მაგალითად, პოლი (მეთილის მეტაკრილატი) (PMMA), მრავალფეროვან გამხსნელ კომპონენტებს შორის. ამ ქონებას შეუძლია მემბრანას დაეხმაროს საკუთარი შესრულების სრულყოფისა და გაუმჯობესების, გაუმჯობესების უკეთესი შესრულების გაუმჯობესებაში მემბრანის მომზადების პროცესში. გარდა ამისა, ზოგიერთი სპეციფიკური ფუნქციის მიღება შესაძლებელია ქიმიური შემდგომი მოდიფიკაციით, ხოლო ჯვარი - დაკავშირება ასევე შეიძლება განხორციელდეს ელექტრონული სხივის გამოსხივების ან გამა გამოსხივების ზემოქმედებისას.

PVDF მემბრანული მასალების გარდა, არსებობს სხვა ფლუოროპოლიმერული მემბრანული მასალები, როგორიცაა პოლი (ვინილიდენის ფლუორიდი - ჰექსაფლუოროპროპილენი) (P (VDF - HFP)) და ა.შ.) და ა.შ. PVDF მემბრანის მასალა. ამრიგად, P (VDF - HFP) მემბრანულ მასალას აქვს უფრო პერსპექტიული პროგრამა მემბრანის კონტაქტორის გამოყენებაში, ვიდრე PVDF მემბრანის მასალა. P (VDF - HFP) ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც განცალკევების მასალა დატენვის ლითიუმის სფეროში - იონური ბატარეები, რადგან ის შეიცავს უფრო ამორფულ ამორფულ დომენის შესაძლებლობებს, რომელთაც შეუძლიათ დიდი რაოდენობით თხევადი ელექტროლიტების დაბლოკვა.

PVDF- ის თერმული სტაბილურობა

როგორც ყველამ ვიცით, PVDF– მა ფართო ყურადღება მიიპყრო განაცხადის სფეროში, მისი შესანიშნავი თერმული სტაბილურობის გამო. ზოგადად, ფლუოროპოლიმერები უფრო სტაბილურია, ვიდრე ნახშირწყალბადები. ფლუორინის ატომების მაღალი ელექტრონეგატიურობა ჯაჭვზე და C - f ბონდის მაღალი დისოციაციის შესრულება უზრუნველყოფს ფლუოროპოლიმერს ულტრა - მაღალი სტაბილურობით. მიუხედავად იმისა, რომ ზოგადად სტაბილური ან ინერტული, PVDF– ის დეგრადაცია დაფიქსირდა მაღალი - ტემპერატურის ოპერაციების დროს. PVDF- ის თერმული დეგრადაცია შესწავლილია საშუალო, ზომიერი და მაღალი ტემპერატურის ვაკუუმში. შედეგები აჩვენებს, რომ PVDF- ის თერმული დეგრადაცია ვაკუუმის ქვეშ მაღალ ტემპერატურაზე, გამოწვეულია დეჰიდროფლუორინაციით (ან HF– ის დაკარგვით), რაც ასევე არის თერმული დეგრადაციის მექანიზმი. სიახლოვემ შეიძლება გამოიწვიოს ქიმიური რეაქციების მრავალი ნაწილი, მათ შორის ნახშირბადის წარმოქმნა - ნახშირბადის ორმაგი ობლიგაციები (C = C) ან პოლიმერული ჯვარედინი. ნახ. 1 გვიჩვენებს PVDF- ში დეჰიდროფლუორინაციის შესაძლო მექანიზმის სქემატურ დიაგრამას. შემოთავაზებული სხვა შესაძლო პასუხები, მაგალითად, ლიბერალური რადიკალების ფორმირება

PVDF- ის არაჰი - ერთიანი თერმული დეგრადაცია არის კრისტალიზაციის შედეგი 160 ℃. დაფიქსირდა, რომ PVDF მემბრანის ნიმუშებმა აჩვენა არათანაბარი დეკოლორიზაცია სხვადასხვა დეგრადაციის სიჩქარით. ეს გამოწვეულია მარცვლების სხვადასხვა ფორმის გამო. დეგრადაციის პროცესი ძირითადად გვხვდება ბროლის რეგიონში, ვიდრე ამორფულ რეგიონში, მაშინ როდესაც ეს არ ხდება სხვა პოლიმერული დეგრადაციის პროცესებში. წყალბადის ფლუორიდის გაუჩინარება აკონტროლებს დეგრადაციის პროცესს, რომლის დროსაც მცირე ჯაჭვი გატეხილია ან ჯვარედინი - უკავშირდება. სითბოს დამუშავების შედეგებმა აჩვენა, რომ მოლეკულური ჯაჭვების კომპოზიციური და კონფორმაციული ცვლილებები ინფრაწითელ სპექტრში ჩნდება კრისტალიზაციის პროცესში დიდი რაოდენობით შთანთქმის ზოლების არსებობის გამო, და გრძელია -

PVDF ქიმიური წინააღმდეგობა

PVDF განსხვავდება ქიმიკატების უმეტესობისგან, რადგან იგი იხსნება ნაწილობრივ გამხსნელებში, კარგი ქიმიური სტაბილურობით. ამ გამხსნელების ზოგიერთი ნაწილი მოიცავს ბევრ უხეში ქიმიკატს, მაგალითად, ჰალოგენებს და ოქსიდანტებს, არაორგანული მჟავებს, აგრეთვე ლიპიდურ, არომატულ და ქლორირებულ გამხსნელებს. PVDF– ის ერთ - ერთი მთავარი მიმწოდებლის, კერძოდ, Akama Corporation– ის მიერ მოწოდებული ინფორმაციის თანახმად, PVDF– ის ქიმიური სტაბილურობა ითვლება ყველაზე გამორჩეული ზემოხსენებულ ქიმიკატებს შორის. ამასთან, PVDF– ის კარგი ქიმიური სტაბილურობა სერიოზულად დაზიანდა ეთერების, კეტონების და ძლიერი ტუტე გადაწყვეტილებებისთვის. ამრიგად, PVDF მემბრანის ქიმიური სტაბილურობა შეშფოთებაა ჩამდინარე წყლების დამუშავების ან მემბრანის კონტაქტორის გამოყენებაში მჟავა გაზის შეწოვისთვის. მიზეზი არის ის, რომ PVDF მემბრანა მოთავსებულია ძლიერ ტუტე ხსნარში და ექვემდებარება ტუტე ქიმიური სარეცხი საშუალებებს, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს მის სტაბილურობას.

ჯერჯერობით, მხოლოდ რამდენიმე გამოკვლევაა PVDF მემბრანების ქიმიური სტაბილურობის შესახებ, ამ განაცხადისთვის აქტუალურია. ცხელი ტუტე მკურნალობის შემდეგ, PVDF ფილმების ფტორაციის ფერი გახდა მუქი, რაც იმაზე მიუთითებს, რომ პოლიმერული ჯაჭვის დეჰიდროფლუორინაციამ გამოიწვია C = C ობლიგაციების წარმოქმნა. გამოძიებებმა აჩვენა, რომ PVDF მემბრანებზე ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ქიმიური შეტევები შეიძლება დაჩქარდეს წნევის გამოყენებით. და როდესაც საკმარისი წნევა გამოიყენება, მემბრანაში ბზარები ჩნდება. მათ აჩვენეს, რომ ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარს შეუძლია ქიმიურად შეტევა მოახდინოს PVDF- ზე ალფა კონფორმაციაზე და შეუძლია დააკვირდეს ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარში ჩაძირული PVDF ნიმუშების ქრებოდა. ამავდროულად, PVDF და ნატრიუმის ჰიდროქსიდის წყალხსნარში არსებული რეაქცია იქნა შესწავლილი მეოთხეული ამონიუმის მარილის ან ფოსფორის ჰალოიდის არსებობის ან არარსებობის პირობებში, როგორც ფაზის გადაცემის კატალიზატორი. PVDF- ის ფერის ცვლილება დაფიქსირდა მას შემდეგ, რაც მემბრანა წყალხსნარში ჩაეფლო წყლის ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარში რამდენიმე საათის განმავლობაში მაღალ ტემპერატურაზე, და ეს რეაქცია მნიშვნელოვნად დააჩქარა ტეტრაბუტილამონიუმის ბრომიდის (TBAB) თანდასწრებით, რომლის ტაბაბი კარგი კატალიზატორია შავი ფხვნილებისთვის. Fourier Transform ინფრაწითელი (FTIR) შედეგებმა გამოავლინა ნახშირბადის ორმაგი და სამმაგი ობლიგაციების წარმოქმნა, რაც მიეკუთვნებოდა წყალბადის ფტორული მოლეკულების აღმოფხვრას. ზემოთ აღწერილი ინფორმაციის საფუძველზე, რამდენიმე დასკვნის გაკეთება შესაძლებელია: ალფა კონფიგურაციაში, ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარი ქიმიურად შეტევა PVDF და

მისი ფერის დეკოლორიზაცია; ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ქიმიური შეტევა/რეაქცია PVDF– ზე შეიძლება კიდევ უფრო დაჩქარდეს ტემპერატურის მატებასთან და კატალიზატორის არსებობით. ზემოთ მოყვანილი ფაქტორები, როგორიცაა ტემპერატურა, წნევა, ექსპოზიციის დრო, შეტევის ციკლის სიხშირე, ქიმიური კონცენტრაცია და მექანიკური სტრესის ტიპი, ძალიან მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს PVDF მემბრანის ქიმიაზე. შესაბამის კვლევას დიდი მნიშვნელობა ექნება, მაგრამ ის მაინც ძალიან რთულია.

მიზეზი, რის გამოც პოლივინილიდენის ფტორული ფილმი ასე შეშფოთებულია და გამოიყენება, არის ის, რომ შედარებით სხვა პოლიმერული მატერიალური ფილმები, მას აქვს შესანიშნავი თვისებები, მაგალითად, ულტრა - მაღალი თერმული სტაბილურობა, ქიმიური სტაბილურობა და მექანიკური თვისებები, ჰიდროლიზის სტაბილურობა. ახლა მემბრანის განაცხადის ბაზარზე, PVDF მემბრანამ დაიკავა აბსოლუტური დომინანტური პოზიცია, რაც აჩვენებს სუპერ მაღალი მკურნალობის ეფექტს. ამის მიუხედავად, მემბრანის შესრულება კვლავ დაზარალდება და განაცხადის პროცესში რამდენიმე დეფექტი დარჩება.

1) PVDF მემბრანის მაღალი ჰიდროფობიურობის გამო, ფაქტობრივი გამოყენება მოითხოვს PVDF მემბრანის ჰიდროფილურ შესაძლებლობას, ამიტომ ჩატარდება PVDF მემბრანის დაკავშირებული ჰიდროფილური მოდიფიკაცია. PVDF მემბრანის მკურნალობის პროცესმა შეიძლება გამოიწვიოს მემბრანის კრისტალურობის ან მორფოლოგიის შეცვლა და მემბრანის მექანიკური სიძლიერის ან ზემოქმედების წინააღმდეგობის შეცვლა, რომელიც გამოწვეულია ახლო და ურთიერთკავშირით.

2) როდესაც PVDF მემბრანა მკურნალობს მაღალ ტემპერატურაზე, ეს გამოიწვევს დეჰიდროფლუორიდის რეაქციას, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს მემბრანის სტაბილურობას. ამიტომ, ჩვენ ყურადღება უნდა მივაქციოთ ტემპერატურის გავლენას PVDF მემბრანასთან ურთიერთობისას.

3) ზემოაღნიშნული ეფექტების გარდა, PVDF მემბრანის ქიმიური წინააღმდეგობა დაზარალდება ზოგიერთ გამხსნელზე, მაგალითად, ძლიერი ტუტე ხსნარებით, ეთერებითა და კეტონებით