|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Газопроницаемость мембран анодного оксида алюминия, обладающих иерархической пористой структуройдипломная работа (Бакалавр)
- Научный руководитель: Петухов Д.И.
- Автор: Берекчиян М.В.
- Тип: Бакалавр
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Год защиты: 2014
- Аннотация: Как известно, попутный нефтяной газ содержит значительную долю углеводородов с длиной цепи С3 и больше, которые конденсируются при относительно низких давлениях. Поэтому прежде чем подать такой газ в трубопроводную систему, необходимо понизить его точку росы, удалив конденсирующиеся компоненты. Для решения этой проблемы может быть применен принцип капиллярной конденсации газа в порах мембраны. Согласно уравнению Томпсона-Кельвина, в пористых средах давление конденсации газа снижается относительно давления конденсации на плоской поверхности. При этом сконденсированный газ блокирует поры для остальных компонентов газовой смеси, что позволяет проводить её фракционирование. Процесс течения конденсирующихся газов был изучен на примере стекол Vycor. Однако для проведения фракционирования углеводородов более перспективными выглядят мембраны анодного оксида алюминия, обладающие целым рядом уникальных свойств: возможность контроля параметры структуры, низкая извилистость пор и их узкое распределение по размеру и, значит, возможность контролировать давление начала конденсации. В связи с этим целью данной работы было изучение возможности разделения постоянных и конденсирующихся газов с использованием явления капиллярной конденсации в мембранах анодного оксида алюминия. В рамках данной работы мембраны синтезировали окислением металлического алюминия в 0,3М растворе H2C2O4 при температуре 1–2°С и различных напряжениях После анодирования проводили удаление металлической подложки и химическое травление барьерного слоя с электрохимическим детектированием момента открытия пор. Мембраны с иерархической пористой структурой синтезировали плавным понижением напряжения в процессе анодирования. Структуру мембран охарактеризовали методом растровой электронной микроскопии (РЭМ). Газопроницаемость образцов измерена по постоянным (He, Ar, CO2) и конденсирующимся (i-C4H10) газам. Установили, что газопроницаемость постоянных газов в случае мембран, полученных при относительно низких напряжениях (20В и 40В), не зависит от приложенного давления и обратно пропорциональна корню из молекулярной массы газа, то есть реализуется механизм диффузии Кнудсена. В то же время, газопроницаемость мембран, синтезированных при высоких напряжениях (выше 80В), линейно зависит от приложенного давления, то есть оказывается существенным вклад поверхностной диффузии и вязкого потока: F = a + b·Pm, где Pm – среднее давление. По результатам измерения постоянных газов проведена оценка вкладов каждого из механизмов диффузии. По результатам исследования газопроницаемости конденсирующихся газов установлено, что процесс капиллярной конденсации приводит к значительному (в 10 раз) увеличению проницаемости мембраны, по сравнению со значением проницаемости мембраны в условиях отсутствия конденсата в порах. Кроме того, из давления начала конденсации проведена оценка диаметра пор и показано их хорошее согласие с результатами полученными методом РЭМ. Таким образом, в рамках данной работы исследована газопроницаемость мембран анодного оксида алюминия с различной пористой структурой. Установлена зависимость газопроницаемости от приложенного давления для конденсирующихся и постоянных газов. Определено давление начала конденсации изобутана для мембран с различным диаметром пор и показано, что механизм капиллярной конденсации приводит к существенному увеличению проницаемости мембран.
- Добавил в систему: Петухов Дмитрий Игоревич