ChemNet
 
Химический факультет МГУ

Курс лекций "Мембранное материаловедение"

Новый спецкурс "Мембранное материаловедение"
Лекции читаются с 9-00 в Лабораторном корпусе "А" в аудитории 215 по средам.
Вопросы можно задавать по e-mail:goodilin@inorg.chem.msu.ru

Программа курса лекций «Мембранное материаловедение».  

Проф. д.х.н. Ю.П. Ямпольский,
Д.х.н. А.Ю. Алентьев.
Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН.

  1. Введение в мембранные процессы разделения. Классификация мембран и мембранных процессов.

Мембраны биологические и синтетические. Мембраны полимерные и неорганические, пористые и непористые, жидкие и импрегнированные жидкие. Особенности морфологии мембран: мембраны гомогенные, асимметричные, композитные мембраны плоские и половолоконные. Основные характеристики мембран.

Движущая сила мембранных процессов (градиент давления, концентрации, температуры, электрического потенциала) и соответствующие процессы: баромембранные (микрофильтрация, ультрафильтрация, обратный осмос), диффузионные (газоразделение, диализ, первапорация), термомембранные (мембранная дистилляция), электромембранные (электродиализ, электролиз).

Основные материалы мембран. Керамические материалы. Углеродные молекулярные сита. Синтетические полимеры.

2. Полимеры как мембранные материалы. Структура полимеров.

Гомополимеры, статистические, привитые и блок-сополимеры. Методы получения. Основные характеристики макромолекул молекулярные массы, полидисперсность; термодинамическая и кинетическая гибкость, конформация и конфигурация макромолекул.

Полимерные тела. Морфология надмолекулярных структур, фазовое и физическое состояние полимеров: кристаллические и аморфные полимеры, жидкокристаллические полимеры, высокоэластические и стеклообразные полимеры. Стеклование. Свободный объем в полимерных телах.

3. Полимеры как мембранные материалы. Свойства полимеров.

Поведение полимеров под влиянием химических и физических воздействий, деформационно-прочностные характеристики. Модификация полимеров, полимеры с функциональными группами, сшитые полимеры, наполненные полимеры и смеси полимеров. Основные представители мембранообразующих полимеров. Полиолефины, силоксаны, целлюлоза и ее эфиры (нитроцеллюлоза и ацетаты целлюлозы), поливиниловый спирт, сложные полиэфиры, ароматические поликарбонаты, полисульфоны, полиамиды и полиимиды, полимеры с кремнийсодержащими боковыми группами (поливинитриметилсилан, политриметилсилилпропин). Перфторированные полимеры. Полимеры с ионогенными группами.

4. Транспорт в непористых полимерных мембранах. Основные характеристики селективного массопереноса.

Механизм «растворения-диффузии» малых молекул в непористых полимерных мембранах. Коэффициенты проницаемости, диффузии, растворимости, селективность. Экспериментальные методы определения транспортных параметров.

Связь транспортных параметров со свойствами газов и паров. Связь транспортных параметров сфизическими свойствами полимеров. Корреляции. Соотношение селективность – проницаемость для полимеров в разных физических состояниях. Контролируемый термодинамическими и диффузионными факторами массоперенос: принципы выбора мембранных материалов.

5. Влияние химической структуры на транспортные свойства полимеров.

Высокопроницаемые и барьерные полимеры. Принципы их структурной организации. Влияние отдельных групп на соотношение проницаемость – селективность. Влияние триметилсилильной группы, объемных алкильных заместителей и фторсодержащих групп. Влияние полярных заместителей.

Транспортные параметры, как аддитивные характеристики. Предсказание транспортных параметров полимеров методом групповых вкладов.

6. Транспорт в непористых полимерных мембранах. Механизмы массопереноса.

Влияние температуры на транспортные параметры. Теория активированного состояния. Компенсационный эффект. Термодинамические параметры выше и ниже температуры стеклования.

Влияние давления на транспортные параметры. Модели сорбции газов и паров (область Генри, модель двойной сорбции, модель Флори-Хаггинса). Эффекты воздействия диффузантов на параметры процесса - пластификация и конкурентная сорбция.

7. Микроструктура полимера и ее влияние на процессы массопереноса.

Теория свободного объема. Основные определения. Свободный объем в высокоэластичных и стеклообразных полимерах.

Зондовые методы исследования микроструктуры полимеров. Метод аннигиляции позитронов.

Общие представления о компьютерном моделировании структуры полимеров, процессов сорбции и диффузии (применение методов молекулярной динамики и Монте-Карло).

Связь данных зондовых и расчетных методов с транспортными параметрами. Связь энергии активации со свободным объемом.

8. Полиэлектролитные мембраны для топливных элементов.

Принципы устройства и классификация топливных элементов. Водородные и метанольные топливные элементы. Мембраны топливных элементов. Требования к мембранным материалам: протонная проводимость, кроссовер, химическая стабильность. Основные типы мембранных материалов для топливных элементов.




Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается  копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору