Анализ структурных трансформаций и состояния воды в микрофильтрационной полиамидной мембране

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

В работе представлены результаты исследований структурных превращений и состояние воды в образцах нерабочей, водонасыщенной и рабочей мембраны ММК-045 методами ИК-спектроскопии НПВО и рентгенофазным анализом. Идентифицированы три типа водородных связей–(-CO…H2O…СО-) (III) тип ~30 кДж/моль, H2O…HN (II) тип ~16кДж/моль, (I) тип ~9 кДж/моль. Сорбционная вода в водонасыщенном образце, уменьшая энергию межмолекулярных (N–H…О=С) связей, меняет конфигурацию макромолекул ПА-6 без изменения транс-конформеров. В тоже время, ИК-спектр НПВО образца рабочей мембраны (отсутствие полосы поглощения при 1478 см–1), демонстрирует разрыв Н-связей, сопровождающий изменения конфигурации молекул с увеличением гош-конформеров. Проявление сложной полосы поглощения при ~1723см–1 и 1737 см–1, отнесенной к терминальным карбоксильным группам (СООН), свидетельствует о деструкции макромолекул ПА-6. Исчезновение полосы поглощения при ~3089 см–1 впервые экспериментально подтверждает связь между явлением Ферми-резонанса в молекулах полимера и деструкцией макромолекул ПА-6 до элементарных структурных единиц. Рентгеновские исследования свидетельствуют о структурных изменениях в основном на надмолекулярном уровне в образцах ММК-045 мембраны. В водонасыщенном образце плотность молекул в аморфной фазе увеличивается (2θ = 26.4°), а в рабочем уменьшается (2θ = 20.9°). Общая кристалличность в образце рабочей мембраны относительно нерабочей уменьшилась с 36% до 33% отнюдь не в результате перекристаллизации, а уменьшения кристаллитов α-фазы и увеличения кристаллических образований γ-фазы с несовершенной кристаллической структурой.

Full Text

Restricted Access

About the authors

С. И. Лазарев

Тамбовский государственный технический университет

Email: kdn1979dom@mail.ru
Russian Federation, Тамбов

Ю. М. Головин

Тамбовский государственный технический университет

Email: kdn1979dom@mail.ru
Russian Federation, Тамбов

Д. Н. Коновалов

Тамбовский государственный технический университет

Author for correspondence.
Email: kdn1979dom@mail.ru
Russian Federation, Тамбов

Э. Ю. Яновская

Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова

Email: kdn1979dom@mail.ru
Russian Federation, Москва

Д. С. Лазарев

Тамбовский государственный технический университет

Email: kdn1979dom@mail.ru
Russian Federation, Тамбов

References

  1. Пахомов П.М., Малинин М.Н., Хижняк С.Д. // Высокомолекулярные соединения. Сер. Б. 2005. Т. 47. № 6. С. 1066.
  2. Лазарев С.И., Головин Ю.М., Хорохорина И.В. и др. Анализ влияния трансмембранного давления на изменение структурных и транспортных свойств активного и дренажного слоев композитных пленок УПМ-50 и УПМ-100 // Журнал физической химии. 2020. Т. 94. № 9. С. 1398. doi: 10.31857/S0044453720090150
  3. Сенатов Ф.С., Сенатова С.И., Горшенков М.В. и др. // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 5. https://science-education.ru/ru/article/view?id=10046 (дата обращения: 06.06.2023).
  4. Королева О.Е., Григорьева И.А., Иванова А.И. и др. // Вестник ТвГУ. Серия: Химия. 2018. № 3. C. 119. doi: 10.26456/vtchem13
  5. Kiefer J., Rasul N.H., Ghosh P.K. et al. // Journal of Membrane Science. 2014. V. 452. P. 152. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2013.10.022
  6. Enes da Silva M.J., Banerjee A., Lefferts L. et al. // ChemCatChem. 2022. V. 14. I. 10. P. e202101835. https://doi.org/10.1002/cctc.202101835
  7. Rahman M.M., Al-Sulaimi S., Farooque A.M. // Applied Water Science. 2018. № 8. P. 183. https://doi.org/10.1007/s13201-018-0806-7
  8. Bunkin N.F., Bashkin S.V., Gudkov S.V. et al. // Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Natural Sciences. 2022. V. 100. № 1. P. 122. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2022-1-122-140
  9. Bunkin N.F., Kozlov V.A., Kir'yanova M.S. et al. // Optics and Spectroscopy. 2021. V. 129. № 4. P. 460. doi: 10.1134/S0030400X2104007X
  10. Witt K., Radzymińska-Lenarcik E. Characterization of PVC-based polymer inclusion membranes with phosphonium ionic liquids // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2019. V. 138. P. 4437. https://doi.org/10.1007/s10973-019-08912-3
  11. Kishore Chand A.A., Bajer B., Schneider E.S. et al. // Membranes. 2022. № 12. P. 580. https://doi.org/10.3390/membranes12060580.
  12. URL: https://www.technofilter.ru/catalog/laboratory-filtration/filtrovalnye-membrany/mmk/ (дата обращения: 01.06.2023).
  13. Okada A., Kawasumi M., Tajima I. et al. // Appl. Polym. Sci. 1989. V. 37. P. 1363.
  14. Fornes T.D., Paul D.R. // Polymer. 2003. V. 44. № 14. P. 3945.
  15. Murthy N.S. // Polymer Communications. 1991. V. 32. № 10. P. 301.
  16. Wu Q., Liu X., Berglund L.A. // Polymer. 2002. V. 43. P. 2445.
  17. Inc. J. Polym Sci B: Polym Phys. 2001. V. 39. P. 536.
  18. Kojima Y., Usuki A., Kawasumi M. et al. // J Mater Res. 1993. № 8. P. 1185.
  19. Yoshioka Y., Tashiro K.J. // Phys. Chem. 2003. V. 107. P. 11835.
  20. Fornes T.D., Paul D.R. // Polymer. 2003. V. 44 № 14. P. 3945.
  21. Illers K.H. // Makromol. Chem. 1960. V. 38. P. 168.
  22. Puffr R., Bebenda J. // Journal of polymer science. Part C. 1967. № 16. Р. 79.
  23. Rusu G., Rusu E. // High performance polymer. 2004. V. 16. P. 569.
  24. URL: https://www.chem.msu.ru/rus/teaching/tarasevich-spectr-IK/lecture-3-2020.pdf (дата обращения: 01.06.2023).
  25. Arimoto H.J. // Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. 1964. V. 2. № 5. P. 2283.
  26. Suzuki H., Ishii S., Sato H. et al. // Chem. Phys. Lett. 2013. V. 575. P. 36.
  27. Pepin J., Miri V., Lefebvre J.-M. // Macromolecules. 2016. V. 49. P. 564.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. IR spectra of MMK-045 membrane samples: (a) - “fingerprint” region, (b) - valence vibrations region of CH2, NH, H2O (inset - result of deconvolution: 1 - non-working, 2 - water-saturated, 3 - working). * - α-phase, ** - γ-phase.

Download (440KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Diffractograms of MMK-045 membrane samples (inset - result of deconvolution of sample diffractograms: 1 - non-working; 2 - water-saturated; 3 - working).

Download (174KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences