The Influence of Low-Temperature Plasma on the Structure of Surface Layers and Gas-Separating Properties of Polyvinyltrimethylsilane Membranes

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

New results of one-sided surface modification of polymeric films and composite membranes of polyvinyltrimethylsilane (PVTMS) using low-temperature plasma are presented. The treatment was carried out by direct current discharge at the cathode and anode, air was used as the working gas, the exposure time was from 10 to 60 s, and the working pressure in the chamber was 15–20 Pa. The structure of the surface layers was analyzed by XPS, AFM and SEM, and the contact properties of the surface were also studied. The effective permeability coefficients for O2, N2, CH4, CO2, He, and H2, as well as for gas diffusion, for cathode-treated PVTMS films are experimentally obtained, and the effective gas solubility coefficients are calculated. The permeability coefficients of the studied gases for composite membranes with a selective PVTMS layer modified at the cathode and anode were determined. It has been noted that the choice of electrode significantly affects not only the chemical structure of the surface and near-surface layers of PVTMS, but also the gas transport parameters of the modified samples. At the same time, during the treatment of PVTMS films at the cathode for 30 s, it was possible to achieve an increase in the O2/N2 selectivity by more than two times relative to the initial value. It has been established that the results of modification of composite membranes differ from those obtained for homogeneous films and it was possible to achieve O2/N2 selectivity in 2.5 times higher than the initial value. The potential of using surface modification of polymer films and membranes by low-temperature plasma to improve their gas separation properties is shown.

About the authors

D. A. Syrtsova

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis of RAS; Research Institute of Advanced Materials and Technologies

Author for correspondence.
Email: syrtsova@ips.ac.ru
Russia, 119991, Moscow, Leninsky prosp., 29; Russia, 115054, Moscow

A. V. Zinoviev

Enikolopov Institute of Synthetic Polymeric Materials of RAS,

Email: syrtsova@ips.ac.ru
Russia, Moscow

M. S. Piskarev

Enikolopov Institute of Synthetic Polymeric Materials of RAS,

Email: syrtsova@ips.ac.ru
Russia, Moscow

E. A. Skryleva

National Research Technological University MISiS

Email: syrtsova@ips.ac.ru
Russia, Moscow

A. K. Gatin

Semenov Institution of Science Federal Research Center for Chemical Physics of RAS

Email: syrtsova@ips.ac.ru
Russia, Moscow

A. B. Gilman

Enikolopov Institute of Synthetic Polymeric Materials of RAS,

Email: syrtsova@ips.ac.ru
Russia, Moscow

A. I. Gaidar

Research Institute of Advanced Materials and Technologies

Email: syrtsova@ips.ac.ru
Russia, 115054, Moscow

A. A. Kuznetsov

Enikolopov Institute of Synthetic Polymeric Materials of RAS,

Email: syrtsova@ips.ac.ru
Russia, Moscow

V. V. Teplyakov

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis of RAS

Email: syrtsova@ips.ac.ru
Russia, 119991, Moscow, Leninsky prosp., 29

References

  1. Borisov S., Khotimsky V.S., Rebrov A.I., Ryko, S.V., Slovetsky D.I., Pashunin Yu.M. // J. Membr. Sci. 1997.V. 125(2). P. 319.
  2. Volkov A.V., Tsarkov S.E., Gilman A.B., Khotimsky V.S., Roldughin V.I., Volkov V.V. // Advances in Colloid and Interface Science. 2015. V. 222. P.716.
  3. Kharitonov A.P., Taege, R., Ferrier, G., Teplyakov V.V., Syrtsova D.A., Koops G.-H. // J. of Fluorine Chem. 2005. V. 126(2). P. 251.
  4. Demina T.S., Drozdov M.G., Yablokov M.Y., Gaida A.I., Gilman A.B. // Plasma Proc. Polym. 2015. V. 12(8). P. 710.
  5. Cha C.M., Ko T.M., Hiraoka H. // Surf. Sci. Rep. 1996. V. 24(1–2). P. 1.
  6. Zarshenas K., Raisi A., Aroujalian A. // RSC Adv. 2015. V. 5. P. 19760.
  7. Lin X., Chen J., Xu J. // J. Memb. Sci. 1994. V. 90(1–2). P. 81.
  8. Gancarz I., Poźniak G., Bryjak M. // European Polymer J. 1999. V. 35. P. 1419.
  9. Kumazawa H., Yoshida M. // J. Appl. Polym. Sci. 2000. V. 78(10). P. 1845.
  10. Yuan H., Yu B., Cong H., Peng Q., Yang R., Yang Sh., Yang Zh., Luo Y., Xu T., Zhang H. // Rev. Adv. Mater. Sci. 2016. V. 3. № 44. P. 207.
  11. Wang J., Chen X., Reis R., Chen Zh., Milne N., Winther-Jensen B., Kong L., Dumée L.F. // Membranes. 2018. V. 8(3). P. 56–94.
  12. Shao L., Samseth J., Hagg M.-B. // Membranes Plasma Process. Polym. 2007. V. 4. P. 823.
  13. Nakata M., Kumazawa H. // J. Appl. Polym. Sci. 2006. V. 101. P. 383.
  14. Teramae T., Kumazawa H. // J. Appl. Polym. Sci. 2007. V. 104(5). P. 3236.
  15. Kramer P.W., Yeh Y.-S., Yasuda H. // J. Memb. Sci. 1989. V. 46. P. 1.
  16. Matsuyama H., Teramoto M., Hirai K. // J. Memb. Sci. 1995. V. 99(2). P. 139.
  17. Fatyeyeva K., Dahi A., Chappey C., Langevin D., Valleton J.-M., Poncin-Epaillard F., Marais S. // RSC Adv. 2014. V. 4(59). P. 31036.
  18. Зиновьев А.В., Пискарев М.С., Скрылева Е.А., Сенатулин Б.Р., Гатин А.К., Гильман А.Б., Сырцова Д.А., Тепляков В.В., Кузнецов А.А. // Химия высоких энергий. 2021. Т. 55. № 5. С. 410.
  19. Demina T.S., Drozdova M.G., Yablokov M.Y., Gaidar A.I., Gilman A.B. // Plasma Proc. Polym. 2015. V. 12. № 8. P. 710.
  20. Wu S. Polymer Interfaces and Adhesion // N.Y.: Marcel Dekker, 1982. P. 152.
  21. Efmova E.A., Syrtsova D.A., Teplyakov V.V. // Separation and Purification Technology. 2017. V. 179. № 31. P.467.
  22. Beckman I.N., Syrtsova D.A., Shalygin M.G., Kandasamy P., Teplyakov V.V. // J. Membr. Sci. 2020. V. 601. P. 117737.
  23. Syrtsova D.A., Piskarev M.S., Zinoviev A.V., Kuznetsov A.A., Skryleva E.A., Gilman A.B., Teplyakov V.V. // J. Applied Polymer Sci. 2022. V. 139(41). P. 1.
  24. Beckman I.N., Teplyakov V.V. // Adv. in Colloid and Interface Sci. 2015. V. 222. P. 70.
  25. Wang Z., Luo Y., Zheng F., Zhang N., Yin C., Li J., He C., Peng X., Huang Z., Fang P. // Surf. Interf. Anal. 2018. V. 50. № 8. P. 819.
  26. Sridhar S., Veerapur R.S., Patil M.B., Gudasi K.B., Aminabhavi T.M. // J. Appl. Polymer Sci. 2007. V. 106. № 3. P. 1585.
  27. Donohue M.D., Minhas B.S., Lee S.Y. // J. Membrane Sci. 1989. V. 42. № 3. P. 197.
  28. Yeom C.K., Lee S.H., Lee J.M. // J. Appl. Polymer Science. 2000. V. 78. № 1. P. 179.
  29. Falbo F., Tasselli F., Brunetti A., Drioli E., Barbieri G. // J. Chemical Engineering. 2014. V. 31. P. 4.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (1MB)
3.

Download (2MB)
4.

Download (38KB)
5.

Download (31KB)
6.

Download (40KB)

Copyright (c) 2023 Д.А. Сырцова, А.В. Зиновьев, М.С. Пискарев, Е.А. Скрылева, А.К. Гатин, А.Б. Гильман, А.И. Гайдар, А.А. Кузнецов, В.В. Тепляков

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».