О ВОЗМОЖНОСТИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СЕЛЕКТИВНОСТИ ГАЗОВ ДЛЯ НЕПОРИСТЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МЕМБРАН
Ранее были получены уравнения для расчета коэффициентов растворимости σ и диффузии D для непористых полимерных мембран в рамках фpaктальной модели процессов газопереноса:
, (1)
, (2)
где и - константы, и - эффективные площадь поперечного сечения и диаметр молекулы газа-пенетранта, соответственно, Df - размерность областей локализации избыточной энергии, (ε/k)эф - эффективная силовая постоянная потенциала Ленарда-Джонса, рассчитанная для взаимодействий газ-газ, fc - относительный флуктуационный свободный объем полимера, dh - диаметр микрополости этого объема, Dn - размерность структуры полимера, контролирующая процессы газопереноса, в качестве которой может выступить либо Df, либо фpaктальная размерность структуры полимера df, ds - спектральная размерность структуры полимера.
Коэффициент газопроницаемости полимера Р может быть выражен следующей простой формулой:
, (3)
а коэффициент селективности двух газов i и k αik на полимерной мембране определяется так:
. (4)
Сочетание уравнений (1)-(4) позволяет получить следующее общее соотношение для определения aik в рамках фpaктальной модели:
, (5)
где показатели в последнем множителе правой части уравнения (5) записаны в таком виде потому, что в общем случае для одной и той же полимерной мембраны величины Dn могут быть разными для различных газов i и k в зависимости от величины .
Цель настоящего сообщения - показать принципиальную применимость уравнения (5) для прогнозирования величины aik (селективности мембраны) на примере 4 полимеров и серии углеводородов С1-С4.
Использованы литературные данные для четырех полимеров: аморфно-кристаллического полиэтилена (ПЭ) со степенью кристалличности 0,57, стеклообразного аморфного поливинилтриметилсилана (ПВТМС) и сшитых каучуков полиизопрена (ПИ) и полидиметилсилоксана (ПДМС). Величины aik получены для них как отношение Pi/Pk, где в качестве Pk использована величина Р для метана (СН4), а в качестве Рi - величины Р для 11 остальных углеводородов С1-С4. Величины и (ε/k)эф взяты из литературных источников. Значения df приняты равными: 2,77 для ПЭ, 2,83 для ПВТМС и 2,90 для ПИ и ПДМС. Величина ds для линейных ПЭ и ПВТМС принята равной 1,0, а для сшитых ПИ и ПДМС - равной 1,33.
Ранее было показано, что процессы переноса углеводородов в рассматриваемых полимерах нужно исследовать в рамках мультифpaктального формализма, т.е., размерность Df не является постоянной, как в случае монофpaктального представления, а зависит от масштаба измерения (в данном случае ). Было получено следующее соотношение между Df и (ε/k)эф:
. (6)
Полученный таким образом спектр Df( ) был принят одинаковым для всех четырех полимеров, что, конечно же, является аппроксимацией. Далее, также для всех четырех полимеров было принято Dn=df.
В таблице 1 приведено сравнение величин коэффициента селективности углеводородов aik по метану, рассчитанных по уравнению (5) и полученных из литературных источников . Как можно видеть, для всех четырех полимеров получено достаточно хорошее соответствие (среднее расхождение между и для 44 пар составляет 20 %).
Таблица 1. Размерности Df, сравнение и литературных величин коэффициента селективности и их расхождение Δ для 11 углеводородов С1-С4 на примере ПЭ, ПИ, ПДМС и ПВТМС.
|
Углеводород |
Df |
ПЭ |
ПИ |
ПДМС |
ПВТМС |
||||||||
|
|
|
Δ, % |
|
|
Δ, % |
|
|
Δ, % |
|
|
Δ, % |
||
|
С2Н6 |
5,88 |
2,6 |
2,4 |
7,7 |
3,5 |
2,9 |
17,1 |
3,3 |
3,9 |
16,5 |
2,8 |
3,0 |
6,7 |
|
С3Н8 |
5,64 |
4,2 |
3,3 |
21,4 |
6,6 |
4,6 |
30,3 |
6,6 |
8,0 |
17,5 |
3,7 |
4,6 |
19,6 |
|
С4Н10 |
6,12 |
9,4 |
9,6 |
1,7 |
15,2 |
14,4 |
5,3 |
17,9 |
24,8 |
27,8 |
12,9 |
14,4 |
10,4 |
|
С2Н4 |
5,43 |
1,9 |
2,0 |
5,0 |
2,3 |
2,3 |
- |
2,3 |
2,8 |
17,8 |
2,3 |
2,3 |
- |
|
С3Н6 |
6,68 |
5,5 |
4,8 |
12,7 |
8,2 |
6,0 |
26,8 |
8,2 |
8,6 |
4,6 |
6,2 |
6,0 |
3,3 |
|
С4Н8-1 |
6,24 |
8,5 |
8,5 |
- |
15,1 |
12,3 |
18,0 |
11,5 |
21,3 |
46,0 |
15,1 |
12,3 |
18,0 |
|
С2Н2 |
5,39 |
1,8 |
2,6 |
30,8 |
2,2 |
3,0 |
26,7 |
2,2 |
3,3 |
33,0 |
1,9 |
3,0 |
36,7 |
|
С3Н4(м) |
7,17 |
7,2 |
12,2 |
41,0 |
10,8 |
16,0 |
32,5 |
10,8 |
19,8 |
45,5 |
8,2 |
16,0 |
48,8 |
|
С4Н6 (э) |
7,88 |
17,4 |
18,5 |
6,0 |
29,9 |
25,6 |
14,4 |
30,0 |
35,5 |
15,4 |
14,6 |
30,0 |
51,3 |
|
С3Н4 (а) |
7,45 |
14,6 |
18,1 |
19,3 |
25,9 |
23,7 |
8,5 |
26,0 |
28,2 |
7,8 |
21,2 |
23,7 |
10,5 |
|
С4Н6 (б) |
7,28 |
13,8 |
11,5 |
16,5 |
24,9 |
15,8 |
36,5 |
25,0 |
19,8 |
20,8 |
25,0 |
15,2 |
39,2 |
Этот результат позволяет сделать следующие выводы.
1) Предложенная фpaктальная модель процессов газопереноса для непористых полимерных мембран является перспективной для компьютерного прогнозирования и моделирования указанных процессов.
2) Очевидно, что для повышения точности результатов модели существует несколько способов, изложенных в последующих пунктах.
3) Как следует из данных таблицы 1, спектры Df( ) близки, но не одинаковы для рассматриваемых полимеров, что видно по разной погрешности для одного и того же газа, но разных полимеров. Таким образом, требуется точная идентификация спектра Df( ) для каждого полимера.
4) Имеющиеся в литературе величины (ε/k) и dM могут иметь достаточно широкий разброс (для одного и того же газа они могут различаться в 1,5-2,0 раза). Поэтому важно иметь более точные методы оценки эффективных величин этих параметров.
5) Указанная точность необходима, поскольку хаpaктерной особенностью всех скейлинговых и фpaктальных соотношений является степенная зависимость, существенно повышающая погрешность расчета.
6) Степень связности структуры полимера, хаpaктеризуемая величиной ds, существенно влияет на величину αik. Так, увеличение ds от 1,0 для линейных полимеров до 1,33 для сшитых при прочих равных условиях увеличивает αik в среднем в 1,5 раза. Поэтому следует использовать точную величину этой размерности.
Статья в формате PDF
103 KB...
31 08 2026 6:54:45
Статья посвящена решению проблемы сварки металлов, имеющих на поверхности тугоплавкие окисные пленки. Были проведены исследования дугового разряда обратной полярности, горящий между соплом плазменной горелки и изделием, возбуждаемый и стабилизируемый с помощью факела плазмы, в ходе экспериментов были получены сваренные образцы из цветных металлов и алюминия.
...
30 08 2026 10:37:13
Статья в формате PDF
102 KB...
29 08 2026 1:28:52
Статья в формате PDF
100 KB...
28 08 2026 2:40:48
Статья в формате PDF
150 KB...
27 08 2026 22:11:20
Статья в формате PDF
90 KB...
26 08 2026 5:16:10
Статья в формате PDF
117 KB...
25 08 2026 0:44:21
Статья в формате PDF
132 KB...
24 08 2026 21:19:14
Статья в формате PDF
215 KB...
23 08 2026 13:37:47
Статья в формате PDF
112 KB...
22 08 2026 16:48:41
Статья в формате PDF
130 KB...
21 08 2026 11:23:38
Статья в формате PDF
108 KB...
20 08 2026 16:51:41
Статья в формате PDF
340 KB...
19 08 2026 17:58:54
В работе впервые приведены сведения об особенностях аудиогенной чувствительности и поведения в «открытом поле» двух групп крыс, гомозиготных по локусу TAG 1A DRD2.
...
18 08 2026 18:51:14
Статья в формате PDF
128 KB...
16 08 2026 9:58:40
Статья в формате PDF
117 KB...
15 08 2026 0:12:58
Статья в формате PDF
118 KB...
13 08 2026 4:32:52
Статья в формате PDF
120 KB...
12 08 2026 4:24:27
Статья в формате PDF
249 KB...
11 08 2026 23:37:17
Статья в формате PDF
128 KB...
10 08 2026 2:38:49
Статья в формате PDF
100 KB...
09 08 2026 9:58:13
Статья в формате PDF
264 KB...
08 08 2026 16:35:26
Статья в формате PDF 115 KB...
07 08 2026 1:43:25
Статья в формате PDF
160 KB...
06 08 2026 11:40:36
Статья в формате PDF
103 KB...
04 08 2026 13:25:28
Статья в формате PDF
99 KB...
03 08 2026 18:31:31
Статья в формате PDF
108 KB...
02 08 2026 2:34:54
Статья в формате PDF
109 KB...
01 08 2026 14:25:48
Статья в формате PDF
96 KB...
30 07 2026 21:52:39
Бериллиевое оруденение в Алтайском регионе образует 4 промышленных типа: комплексные (Be, W, Mo) кварцево-жильные, комплексные кварцево-грейзеновые (Be, W, Mo, Cu), комплексные скарновые (Be, W, Mo) и редкометалльные пегматиты. Месторождения бериллия связаны с постколлизионными гранитоидами, сформировавшимися в результате мантийно-корового взаимодействия. Для рудогенерирующих гранитоидов и пегматитов хаpaктерны аномальные параметры флюидного режима и особенно высокие концентрации HF в магматогенных флюидах. В регионе оруденение бериллия локализуется в пределах Тигирекско-Белокурихинской позднепалеозойско-раннемезозойской металлогенической области. Оруденение представлено преимущественно бериллом, редко – гельвином. Оценены запасы оксида бериллия по категориям В, С1, С2 и прогнозные ресурсы категории Р1.
...
29 07 2026 22:51:49
В статье рассмотрено техническое решение инженерной экологии, которое может быть использовано при мониторинге качества проб речной воды тестированием роста корней определенных видов тестовых растений.
...
27 07 2026 3:33:25
Статья в формате PDF
148 KB...
26 07 2026 20:34:51
Статья в формате PDF
127 KB...
25 07 2026 12:33:30
Культуру Русского зарубежья невозможно представить без журналистики, одно из значительных мест в которой занимает журнал «Вестник», основанный во Франции в 1925 году как печатный орган Русского Студенческого Христианского Движения за рубежом и верно следовавший своей основной цели – объединению верующей молодежи для служения православной церкви и защиты ее и веры – все эти годы. На сегодняшний день «Вестник» – не только старейший журнал Русского зарубежья, но и одно из немногих изданий, без которого она была бы много беднее.
...
24 07 2026 17:21:25
Статья в формате PDF
110 KB...
23 07 2026 11:26:47
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::
