Определение размеров поровых каналов фильтрующих материалов

Abstract

Для нахождения распределения пор по размерам применяют различные методы: вдавливания ртути в поры, вытеснение жидкости из пор, исследование микрофотографий и др. Распространенным методом оценки распределения пор по размерам в фильтрующих материалах является метод вдавливания ртути. Исследования проведены на пористых ПТФЭ с различной пористостью. Материалы изготавливались путем предварительной подготовки смеси диспергированных порообразователя и порошка полимера с последующим прессованием при комнатной температуре, термообработкой, выщелачиванием порообразователя и сушки. В качестве порообразователя использовался хлорид натрия. Выщелачивание порообразователя достигалось кипячением в дистиллированной воде. Сушка образцов осуществлялась при t = 1000C в течение 12 чаc. Объемная пористость регулировалась соотношением количеств порообразователя и полимера и изменялась в диапазоне от 64 до 76%. Размер пор определялся главным образом дисперсностью порообразователя и материала основы. Проведено сопоставление методов получения данных о размерах поровых каналов. Показано, что наиболее достоверные значения размеров поровых каналов обеспечивает гидравлический метод, основанный на совместном решении уравнений Дарси и Гагена-Пуазейля. Определены максимальные и средние диаметры узких участков поровых каналов, коэффициенты извилистости, проницаемость пористого политетрафторэтилена в интервале значений пористости от 0,64 до 0,76. Установлено, что увеличение пористости материала от 0,64 до 0,76 сопровождается уменьшением коэффициента извилистости поровых каналов от 2,4 до 1,3 и увеличением их проницаемости от 1,85 до 101,23Д. С увеличением пористости также наблюдается увеличение отношения dmax и dср, что свидетельствует о росте неоднородности поровой структуры.

Для знаходження розподілу пор за розмірами застосовують методи: вдавлення ртуті в пори, витіснення рідини з пор, дослідження мікрофотографій і ін. Поширеним методом оцінки розподілу пор за розмірами в фільтруючих матеріалах є метод вдавлювання ртуті. Дослідження проведені на пористих ПТФЕ з різною пористістю. Матеріали виготовлялися шляхом попередньої підготовки суміші диспергованих пороутворювача і порошку полімеру з подальшим пресуванням при кімнатній температурі, термообробкою, вилуговуванням пороутворювача і сушки. Як пороутворювач використовувався хлорид натрію. Вилуговування пороутворювача досягалося шляхом кип'ятіння в дистильованії воді. Сушка зразків здійснювалася при t = 1000C протягом 12 год. Об'ємна пористість регулювалася співвідношенням кількостей пороутворювача і полімеру і змінювалася в діапазоні від 64 до 76%. Розмір пор визначався головним чином дисперсностью пороутворювача і матеріалу основи. Проведено зіставлення методів отримання даних про розміри порових каналів. Показано, що найбільш достовірні значення розмірів порових каналів забезпечує гідравлічний метод заснований на спільному рішенні рівнянь Дарсі і Гагена-Пуазейля. Визначено максимальні і середні діаметри вузьких ділянок порових каналів, коефіцієнти звивистості, проникність пористого політетрафторетилену в інтервалі значень пористості від 0,64 до 0,76. Встановлено, що збільшення пористості матеріалу від 0,64 до 0,76 супроводжується зменшенням коефіцієнта звивистості порових каналів від 2,4 до 1,3 і збільшенням їх проникності від 1,85 до 101,23Д. Зі збільшенням пористості також спостерігається збільшення відношення dmax і dср, що свідчить про зростання неоднорідності порової структури.

Exploring advanced porous materials is of critical importance in the development of science and technology. Porous polymers, being famous for their all‐organic components, tailored pore structures, and adjustable chemical components, have attracted an increasing level of research interest in a large number of applications, including gas adsorption/storage, separation, catalysis, environmental remediation, energy, optoelectronics, and health. Pore structure use to describe the porosity, pore size, pore size distribution, and pore morphology of a porous medium. Maximum-sized pores play a significant role in the filtering process, since they determine the maximum sizes of particles of mechanical impurities that can pass through the filter material. Average pore diameters are used as a characteristic of porous materials when comparing them. To find the pore size distribution, the following methods are used: injecting mercury into the pores, displacing fluid from the pores, studying microphotographs, gas adsorption, X-ray scattering, etc. A common method of estimating the pore size distribution in filter materials is the mercury indentation method. Studies have been carried out on porous PTFE with various porosities. The materials were made by pretreating a mixture of dispersed pore-forming agent and polymer powder, followed by pressing at room temperature, heat treatment, leaching of the pore-forming agent and drying. Sodium chloride was used as a porogen. Leaching of the porogen was achieved by boiling in distilled water. Drying of the samples was carried out at t = 1000C for 12 hours. The volumetric porosity was regulated by the ratio of the amounts of the porogen and the polymer and varied in the range from 64 to 76%. The pore size was determined mainly by the dispersion of the porogen and the base material. A comparison of methods of obtaining data on the sizes of pore channels has been made. The most reliable values of the porous channels sizes are shown to be provided by the hydraulic method based on the joint solution of the Darcy and Hagen-Poiseuille equations. The maximum and average diameters of narrow sections of the pore channels, the tortuosity coefficients, and the permeability of porous polytetrafluoroethylene in the range of porosity values from 0.64 to 0.76 have been determined. It is established that an increase in the porosity of the material from 0.64 to 0.76 is accompanied by a decrease in the coefficient of tortuosity of the porouse channels from 2.4 to 1.3 and an increase in their permeability from 1.85 to 101.23D. With an increase in porosity, an increase in the ratio dmax and dav is also observed, which indicates an increase in the inhomogeneity of the pore structure.