Pressure effect during the formation of a selective layer on the structure and performance of dynamic composite membranes for pervaporation

K S Burts,M V Shishonok,W Kujawski,J Kujawa,A V Bildyukevich,G Li,T V Plisko

doi:10.29235/1561-8323-2021-65-4-431-438

Abstract

Composite membranes for pervaporation were prepared by forming a selective layer based on cross-linked polyvinyl alcohol (PVA) on the porous membrane-substrate surface in the dynamic mode (via PVA solution ultrafiltration). It was found that the pressure growth results in increasing the thickness of the composite membrane selective layer. Composite membrane contact angle, flux, water content in permeate in ethanol/water (mass ratio 90/10) pervaporation were revealed to have maximum values at 3–4 atm depending on the PVA concentration in the feed solution. It was shown that the revealed dependence of the contact angle, selectivity, and permeability on the pressure of the selective layer formation is due to the compaction of the polymer matrix-substrate under the action of the transmembrane pressure and its relaxation after pressure release. When using elevated pressures (more than 3–4 atm), the relaxation of the polymer matrix causes the microdefect to form as a result of deformation of the selective layer.

Highlights

В настоящее время в первапорации широко используются композиционные мембраны (КМ), которые получают нанесением тонкого непористого селективного слоя на пористую подложку [3]
Composite membranes for pervaporation were prepared by forming a selective layer based on cross-linked polyvinyl alcohol
It was found that the pressure growth results in increasing the thickness

Summary

КОМПОЗИЦИОННЫХ МЕМБРАН ДЛЯ ПЕРВАПОРАЦИИ

Композиционные мембраны для первапорации были получены методом формирования селективного слоя на основе сшитого поливинилового спирта (ПВС) на поверхности пористой мембраны-подложки в динамическом режиме (ультрафильтрации растворов ПВС). Установлено, что повышение давления приводит к увеличению толщины селективного слоя композиционных мембран; при этом их контактный угол смачивания, удельная производительность, содержание воды в пермеате в процессе первапорации смеси этанол/вода 90/10 изменяются экстремально с максимумом при 3–4 атм в зависимости от концентрации раствора ПВС. Экстремальная зависимость краевого угла смачивания, коэффициента разделения и проницаемости композиционных мембран объясняется процессами уплотнения полимерной матрицы-подложки под действием трансмембранного давления и ее релаксации после снятия давления. При использовании повышенных давлений (более 3–4 атм) релаксация полимерной матрицы приводит к появлению микродефектов в результате деформации сформированного селективного слоя. Влияние давления при формировании селективного слоя на структуру и свойства динамических композиционных мембран для первапорации / Е.

Список использованных источников

Information about the authors