RU2634724C2 - Additive copolymer 3,3,4-tris(trimethylsilyl)tricyclononene-7 and 3-trimethylsilyltricyclononene-7, method of its production and method for separating gas mixtures with its application - Google Patents
Additive copolymer 3,3,4-tris(trimethylsilyl)tricyclononene-7 and 3-trimethylsilyltricyclononene-7, method of its production and method for separating gas mixtures with its application Download PDFInfo
- Publication number
- RU2634724C2 RU2634724C2 RU2016111719A RU2016111719A RU2634724C2 RU 2634724 C2 RU2634724 C2 RU 2634724C2 RU 2016111719 A RU2016111719 A RU 2016111719A RU 2016111719 A RU2016111719 A RU 2016111719A RU 2634724 C2 RU2634724 C2 RU 2634724C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tricyclononene
- trimethylsilyl
- tris
- additive
- gas
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/44—Polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, not provided for in a single one of groups B01D71/26-B01D71/42
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F230/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing phosphorus, selenium, tellurium or a metal
- C08F230/04—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing phosphorus, selenium, tellurium or a metal containing a metal
- C08F230/08—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing phosphorus, selenium, tellurium or a metal containing a metal containing silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F232/00—Copolymers of cyclic compounds containing no unsaturated aliphatic radicals in a side chain, and having one or more carbon-to-carbon double bonds in a carbocyclic ring system
- C08F232/02—Copolymers of cyclic compounds containing no unsaturated aliphatic radicals in a side chain, and having one or more carbon-to-carbon double bonds in a carbocyclic ring system having no condensed rings
- C08F232/04—Copolymers of cyclic compounds containing no unsaturated aliphatic radicals in a side chain, and having one or more carbon-to-carbon double bonds in a carbocyclic ring system having no condensed rings having one carbon-to-carbon double bond
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к синтезу новых аддитивных сополимеров на основе трициклононенов, а также к разделению газовых смесей с помощью мембран на основе этих сополимеров и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, в частности в процессах разделения компонентов природного газа (например, углеводородных газов), в процессах окисления, газификации и др., где в качестве одной из технологических стадий используются процессы мембранного газоразделения.The invention relates to the synthesis of new additive copolymers based on tricyclononenes, as well as to the separation of gas mixtures using membranes based on these copolymers and can be used in various sectors of the economy, in particular in the processes of separation of components of natural gas (for example, hydrocarbon gases), processes of oxidation, gasification, etc., where membrane gas separation processes are used as one of the technological stages.
Молекула трициклононена содержит норборненовый фрагмент и таким образом может рассматриваться как производное норборнена. В свою очередь известно, что норборнен и его производные способны вступать в реакции полимеризации по аддитивной и метатезисной схемам (схема 1).The tricyclononene molecule contains a norbornene fragment and thus can be considered as a derivative of norbornene. In turn, it is known that norbornene and its derivatives are able to enter into polymerization reactions according to additive and metathesis schemes (Scheme 1).
Метатезисная полимеризация включает раскрытие цикла и образование непредельных полициклопентиленвиниленов. Аддитивная («виниловая») полимеризация протекает с сохранением бициклической структуры, то есть с раскрытием только π-компоненты двойной связи, и приводит к образованию насыщенных полимеров [Blank F., Janiak С.Metal catalysts for the vinyl/addition polymerization of norbornene. // Coord. Chem. Rev., 2009, 253 (7-8), с. 827-861; Маковецкий К.Л. Аддитивная полимеризация циклоолефинов, новые полимерные материалы для прогрессивных технологий. // Высокомол. соед., серия Б, 1999, 41 (9), с. 1525-1543]. Полимеры, получаемые из одного мономера по разным схемам полимеризации, обладают отличающимися строением основной цепи и физико-химическими свойствами, например уровнем термической и химической стабильности, механическими свойствами и другими.Metathesis polymerization involves ring opening and the formation of unsaturated polycyclopentylene vinylenes. Additive (“vinyl”) polymerization proceeds with preservation of the bicyclic structure, that is, with the disclosure of only the π-component of the double bond, and leads to the formation of saturated polymers [Blank F., Janiak C. Metal catalysts for the vinyl / addition polymerization of norbornene. // Coord. Chem. Rev., 2009, 253 (7-8), p. 827-861; Makovetsky K.L. Additive polymerization of cycloolefins, new polymeric materials for advanced technologies. // High. Comp., series B, 1999, 41 (9), p. 1525-1543]. The polymers obtained from one monomer according to different polymerization schemes have different main chain structures and physicochemical properties, for example, the level of thermal and chemical stability, mechanical properties and others.
Приведенные на схеме 1 два типа полинорборненов сильно различаются также по своим газоразделительным характеристикам. При этом более перспективными свойствами (более высокими коэффициентами проницаемости) обладают аддитивные полинорборнены [Finkelshtein E.Sh., Bermeshev M.V., Gringolts M.L., Starannikova L.E., Yampolskii Yu.P. // Russian Chemical Reviews, 2011, 80 (4), c. 341-361]. Однако существенное влияние на свойства полимера, в частности на газопроницаемость, оказывает не только строение основной цепи, но и природа и количество заместителей в мономерном звене. Так, ранее нами было показано, что наличие в основной цепи полинорборнена двух объемных Ме3Si-групп, где Me - метил, приводит к существенному росту коэффициентов газопроницаемости по сравнению с аналогами, не содержащими этого заместителя или содержащими одну такую группу [Gringolts M.L., Bermeshev M.V., Starannikova L.E., Rogan Yu.V., Yampol'skii Yu.P., Finkel'shtein E.Sh. Synthesis and Gas Separation Properties of Metathesis Polynorbornenes with Different Positions of One or Two SiMe3Groups in a Monomer Unit // Polymer Science, Ser. A, 2009, 51 (11-12), 1233-1240; Gringolts M., Bermeshev M., Yampolskii Yu., Starannikova L., Shantarovich V., Finkelshtein E. New High Permeable Addition Poly(tricyclononenes) with Si(CH3)3 Side Groups. Synthesis, Gas Permeation Parameters, and Free Volume. // Macromolecules, 2010, 43 (17), c. 7165-7172]. Введением других несимметричных кремнийсодержащих заместителей, например PhMe2Si- или Me(z-Pr)2Si-, где Ph - фенил, i-Pr - изо-пропил, существенного роста газотранспортных характеристик достичь не удалось [Gringol'ts М.L., Bermeshev M.V., Syromolotov A.V., Starannikova L.E., Filatova M.P., K.L. Makovetskii and E. Sh. Finkel'shtein. Highly Permeable Polymer Materials Based on Silicon Substituted Norbornenes // Petroleum Chemistry, 2010, 50 (5), c. 352-361]. Таким образом, наиболее высокая газопроницаемость достигается при введении именно Ме3Si-групп в полимерные цепи. Ранее были синтезированы кремнийсодержащие аддитивные полимеры, содержащие лишь две Ме3Si-группы, связанные непосредственно с трициклононеновым фрагментом [Gringolts М., Bermeshev М., Yampolskii Yu., Starannikova L., Shantarovich V., Finkelshtein E. New High Permeable Addition Poly(tricyclononenes) with Si(CH3)3 Side Groups. Synthesis, Gas Permeation Parameters and Free Volume. // Macromolecules, 2010, 43 (17), 7165-7172]. Введением трех Me3Si-групп через гибкие Si-O-Si спейсеры не удалось достигнуть синергетического эффекта улучшения транспортных свойств [M.V. Bermeshev, A.V. Syromolotov, M.L. Gringolts, L.E. Starannikova, Y.P. Yampolskii and E.Sh. Finkelshtein. Synthesis of High Molecular Weight Poly[3-{tris(trimethylsiloxy)silyl}tricyclononenes-7] and Their Gas Permeation Properties. // Macromolecules 2011, 44, 6637-6640]. Введением трех Me3Si групп, непосредственно связанных с трициклононеновым фрагментом, вероятно, можно было бы его достичь. Однако в условиях аддитивной полимеризации образовывается лишь низкомолекулярный гомополимер 3,3,4-трис(триметилсилил)трициклононена-7 в следовых количествах, что обусловлено близким расположением трех объемных Ме3Si-групп по отношению к полимеризуемой двойной связи, что приводит к снижению активности в реакции полимеризации. Все это не позволяет получить высокомолекулярные аддитивные полимеры на основе 3,3,4-трис(триметилсилил)трициклононена-7, пригодные для мембранного газоразделения.The two types of polynorbornenes shown in
Синтез аддитивных полимеров, содержащих 3,3,4-трис(триметилсилил)трициклононен-7 (TCNSi3), был реализован нами путем сополимеризации TCNSi3 с более активным мономером 3-триметилсилилтрициклононеном-7 (TCNSi1), что позволило снизить стерические затруднения в процессе полимеризации и получить высокомолекулярные сополимеры.We synthesized additive polymers containing 3,3,4-tris (trimethylsilyl) tricyclononene-7 (TCNSi3) by copolymerizing TCNSi3 with the more active monomer 3-trimethylsilyl tricyclononene-7 (TCNSi1), which made it possible to reduce steric difficulties in the polymerization and to obtain high molecular weight copolymers.
При этом ранее было показано, что аддитивный поли(3-триметилсилилтрициклононен-7) обладает высокими коэффициентами газопроницаемости и относится к группе наиболее проницаемых полимеров [Gringolts М., Bermeshev М., Yampolskii Yu., Starannikova L., Shantarovich V., Finkelshtein E. New High Permeable Addition Poly(tricyclononenes) with Si(CH3)3 Side Groups. Synthesis, Gas Permeation Parameters and Free Volume. // Macromolecules, 2010, 43 (17), c. 7165-7172]. Данный гомополимер является наиболее близким аналогом по строению мономерного звена, основной цепи и по уровню проницаемости к новым сополимерам, рассматриваемым в настоящей работе.In addition, it was previously shown that additive poly (3-trimethylsilyl tricyclononene-7) has high gas permeability coefficients and belongs to the group of the most permeable polymers [Gringolts M., Bermeshev M., Yampolskii Yu., Starannikova L., Shantarovich V., Finkelshtein E .New High Permeable Addition Poly (tricyclononenes) with Si (CH 3 ) 3 Side Groups. Synthesis, Gas Permeation Parameters and Free Volume. // Macromolecules, 2010, 43 (17), p. 7165-7172]. This homopolymer is the closest analogue in the structure of the monomer unit, the main chain and in terms of permeability to the new copolymers considered in this paper.
Однако заявленный аддитивный сополимер 3,3,4-трис (триметилсилил)трициклононена-7 и 3-триметилсилилтрициклононена-7 не имеет аналогов.However, the claimed additive copolymer of 3,3,4-tris (trimethylsilyl) tricyclononene-7 and 3-trimethylsilyl tricyclononene-7 has no analogues.
В качестве прототипа заявленного способа был выбран способ разделения газовых смесей с помощью мембран на основе аддитивного поли(3-триметилсилилтрициклононена-7) по патенту [Патент РФ №2410397, М.Л. Грингольц, М.В. Бермешев, Л.Э. Старанникова, Ю.П. Ямпольский, Е.Ш. Финкельштейн. Моно- или дикремнийзамещенный трициклононен, аддитивный поли(моно- или дикремнийзамещенный трициклононен) и способ разделения газовых смесей с помощью мембран на его основе. 2010].As a prototype of the claimed method, the method of separation of gas mixtures using membranes based on additive poly (3-trimethylsilyl tricyclononene-7) according to the patent [RF Patent No. 2410397, M.L. Gringolts, M.V. Bermeshev, L.E. Starannikova, Yu.P. Yampolsky, E.Sh. Finkelstein. Mono- or di-silicon-substituted tricyclononene, additive poly (mono- or di-silicon-substituted tricyclononene) and a method for separating gas mixtures using membranes based on it. 2010].
Стоит отметить, что способ по прототипу обеспечивает недостаточно высокие показатели газоразделения (проницаемость) по отношению к углеводородам (CH4-C4H10), а также легким газам - He, H2, O2, N2, CO2.It is worth noting that the prototype method provides not high enough gas separation (permeability) with respect to hydrocarbons (CH 4 -C 4 H 10 ), as well as light gases - He, H 2 , O 2 , N 2 , CO 2 .
Задачей предлагаемого технического решения является повышение газопроницаемости мембран по легким газам - He, H2, O2, N2, CO2 и углеводородам C3+ путем синтеза высокомолекулярных сополимеров на основе 3,3,4-трис(триметилсилил)трициклононена-7 и 3-триметилсилилтрициклононена-7 и эффективное разделение газовых смесей с помощью мембран на их основе.The objective of the proposed technical solution is to increase the gas permeability of the membranes for light gases - He, H 2 , O 2 , N 2 , CO 2 and C 3+ hydrocarbons by synthesis of high molecular weight copolymers based on 3,3,4-tris (trimethylsilyl) tricyclononene-7 and 3-trimethylsilyl tricyclononene-7 and effective separation of gas mixtures using membranes based on them.
Поставленная задача решается тем, что авторам впервые удалось получить аддитивный сополимер (3,3,4-трис(триметилсилил)трициклононена-7 и 3-триметилсилилтрициклононена-7 общей структурной формулы:The problem is solved in that the authors were first able to obtain an additive copolymer of (3,3,4-tris (trimethylsilyl) tricyclononene-7 and 3-trimethylsilyl tricyclononene-7 of the general structural formula:
где n, m - доля указанных мономерных звеньев, Me представляет собой метил.where n, m is the fraction of these monomer units, Me is methyl.
Полученные сополимеры имеют величины средневесовой молекулярной массы Mw=(3.5-4.5)×105 г/моль и индекс полидисперсности Mw/Mn=2.5-2.8, содержание звеньев 3,3,4-трис(триметилсилил)трициклононена-7 до 20 мол. %.The resulting copolymers have a weight average molecular weight of M w = (3.5-4.5) × 10 5 g / mol and a polydispersity index of M w / M n = 2.5-2.8, the content of 3,3,4-tris (trimethylsilyl) tricyclononene-7
Поставленная задача решается также тем, что предложен способ получения аддитивного сополимера (3,3,4-трис(триметилсилил)трициклононена-7 и 3-триметилсилилтрициклононена-7, характеризующийся тем, что он включает растворение в толуоле 3,3,4-трис(триметилсилил)трициклононена-7 и ацетата палладия (II), добавление при перемешивании раствора в толуоле тритил тетракис(пентафторфенил)бората до образования каталитической системы ацетата палладия (II)/тритил тетракис(пентафторфенил)бората, добавление 3-триметилсилилтрициклононена-7 и сополимеризацию с ним (3,3,4-трис(триметилсилил)трициклононена-7 при комнатной температуре в присутствии полученной каталитической системы.The problem is also solved by the fact that the proposed method of obtaining the additive copolymer of (3,3,4-tris (trimethylsilyl) tricyclononene-7 and 3-trimethylsilyl tricyclononene-7, characterized in that it involves the dissolution of toluene 3,3,4-tris ( trimethylsilyl) tricyclononene-7 and palladium (II) acetate, adding with stirring a solution in toluene of trityl tetrakis (pentafluorophenyl) borate to form the catalytic system of palladium (II) acetate / trityl tetrakis (pentafluorophenyl) borate, adding 3-trimethylsilonylsilyl nitride nim (3,3,4-tris (trimethylsilyl) tricyclononene-7 at room temperature in the presence of the obtained catalyst system.
Поставленная задача в области газоразделения решается тем, что в способе, включающем подачу разделяемой смеси с одной стороны селективно-проницаемой мембраны из материала на основе трициклононена и отбор проникающих через нее компонентов с другой стороны, в качестве материала мембраны используют новый аддитивный сополимер поли(3,3,4-трис(триметилсилил)трициклононена-7 и 3-триметилсилилтрициклононена-7).The problem in the field of gas separation is solved by the fact that in a method involving supplying a separable mixture on one side of a selectively permeable membrane from a material based on tricyclononene and selecting components penetrating through it on the other hand, a new additive poly copolymer is used as the membrane material (3, 3,4-tris (trimethylsilyl) tricyclononene-7 and 3-trimethylsilyl tricyclononene-7).
Структура синтезированных сополимеров установлена методами РФА, 1H-ЯМР-спектроскопии, ИК-спектроскопии, элементного анализа, которые свидетельствуют, что полимеризация протекает по аддитивной схеме следующим образом:The structure of the synthesized copolymers was established by the methods of XRD, 1 H-NMR spectroscopy, IR spectroscopy, elemental analysis, which indicate that the polymerization proceeds according to the additive scheme as follows:
Рентгенографические измерения осуществляли на дифрактометре ДРОН-3М в режиме съемки "на прохождение" (ассиметричный, фокусирующий на детектор, кварцевый монохроматор на первичном пучке). Использовали CuKα-излучение. Сканирование дифракционной картины проводилось в "пошаговом режиме" с шагом Δ2θ=0.04° и временем накопления τ=10 с. РФА полимера показана на Фиг. 1.X-ray diffraction measurements were carried out on a DRON-3M diffractometer in the “pass through” mode (asymmetric, focusing on the detector, quartz monochromator on the primary beam). Used CuK α radiation. The diffraction pattern was scanned in a “step-by-step mode” with a step of Δ2θ = 0.04 ° and an accumulation time of τ = 10 s. The XRD of the polymer is shown in FIG. one.
ЯМР-спектры полимеров зарегистрированы на спектрометре Bruker Avance-400 при рабочей частоте спектрометра 400 МГц (в качестве внутреннего стандарта используют CDCl3).NMR spectra of polymers were recorded on a Bruker Avance-400 spectrometer at an operating frequency of the spectrometer of 400 MHz (CDCl 3 was used as the internal standard).
1H-ЯМР-спектр аддитивных поли(3,3,4-трис(триметилсилил)трициклононен-7-со-3-триметилсилилтрициклононен-7) (фиг. 2) состоит из сигналов протонов карбоцикла (уширенный мультиплет (уш. м) 3.19-1.10 м.д.) и протонов триметилсилильных групп (уш. м, 0.3 м.д.). По данным элементного анализа определяли составы соответствующих сополимеров. 1 H-NMR spectrum of additive poly (3,3,4-tris (trimethylsilyl) tricyclononen-7-co-3-trimethylsilyl tricyclononen-7) (Fig. 2) consists of carbon proton signals (broadened multiplet (broad.s.) 3.19 -1.10 ppm) and protons of trimethylsilyl groups (br. M, 0.3 ppm). According to elemental analysis, the compositions of the corresponding copolymers were determined.
ИК-спектры получены на спектрометре Specord М-82 (таблетки с KBr) (фиг. 3): 688, 746, 830 (Si-C), 1249 ((CH3)3Si) см-1; они также подтверждают структуру аддитивных поли(3-трис(триметилсилокси)силилтрициклононенов-7).IR spectra were obtained on a Specord M-82 spectrometer (tablets with KBr) (Fig. 3): 688, 746, 830 (Si-C), 1249 ((CH 3 ) 3 Si) cm -1 ; they also confirm the structure of additive poly (3-tris (trimethylsiloxy) silyltricyclononenes-7).
Молекулярно-массовые характеристики образцов сополимеров определены методом гель-проникающей хроматографии (ГПХ) на приборе "Waters" в растворе толуола с калибровкой по полистирольным стандартам.The molecular weight characteristics of the samples of the copolymers were determined by gel permeation chromatography (GPC) on a Waters instrument in a toluene solution calibrated to polystyrene standards.
Для определения температуры стеклования была использована дифференциально-сканирующая калориметрия (ДСК) (прибор Mettler ТА 4000, скорость нагревания 20°/мин). В термограммах ДСК до 350-370°C (начало разложения) отсутствуют переходы, соответствующие расстекловыванию полимера.To determine the glass transition temperature, differential scanning calorimetry (DSC) was used (
Нижеследующие примеры иллюстрируют настоящее изобретение, но никоим образом не ограничивают область его применения.The following examples illustrate the present invention, but in no way limit its scope.
Получение полимеровPolymer Production
Полимеры получают путем аддитивной сополимеризации 3,3,4-трис(триметилсилил)трициклононена-7, представляющего собой твердое легкоплавкое вещество, и 3-триметилсилилтрициклононена-7, представляющего собой бесцветную прозрачную жидкость. Полученные полимеры являются аморфными.The polymers are prepared by the additive copolymerization of 3,3,4-tris (trimethylsilyl) tricyclononene-7, which is a solid fusible substance, and 3-trimethylsilyl tricyclononene-7, which is a colorless transparent liquid. The resulting polymers are amorphous.
Полимеризацию проводят в среде абсолютного толуола при комнатной температуре в присутствии каталитических систем на основе, например, соединений палладия Pd(OAc)2/[Ph3C]+[B(C6F5)4]-.The polymerization is carried out in absolute toluene at room temperature in the presence of catalytic systems based on, for example, palladium compounds Pd (OAc) 2 / [Ph 3 C] + [B (C 6 F 5 ) 4 ] - .
Pd(OAc)2 - ацетат палладия (II); [Ph3C]+[B(C6F5)4]- - тритил тетракис(пентафторфенил)борат.Pd (OAc) 2 - palladium (II) acetate; [Ph 3 C] + [B (C 6 F 5 ) 4 ] - - trityl tetrakis (pentafluorophenyl) borate.
Все процедуры синтеза проводят в атмосфере сухого аргона с использованием абсолютных растворителей. Выделение полимеров проводят на воздухе.All synthesis procedures are carried out in an atmosphere of dry argon using absolute solvents. The selection of polymers is carried out in air.
Пример 1Example 1
В стеклянную ампулу загружают 2.0 г 50 вес. % раствора 3,3,4-трис(триметилсилил)трициклононена-7 и 2.47 мл Pd(OAc)2 в толуоле (2.1 мМ), затем при перемешивании добавляют 2.45 мл раствора в толуоле [Ph3C]+[B(C6F5)4]- (6.36 мМ). Реакционную массу перемешивают 30 минут и добавляют 1.0 г 3-триметилсилилтрициклононена-7, при этом обеспечивая мольные соотношения компонентов в реакционной массе [TCNSi3]:[TCNSi1]:[Pd(OAc)2]:[[Ph3C]++[B(C6F5)4]-]=570:1000:1:3 реагентов. Полученную смесь перемешивают 24 ч при комнатной температуре.In a glass ampoule load 2.0 g of 50 weight. % solution of 3,3,4-tris (trimethylsilyl) tricyclononene-7 and 2.47 ml of Pd (OAc) 2 in toluene (2.1 mM), then 2.45 ml of a solution in toluene [Ph 3 C] + [B (C 6 ) is added with stirring F 5 ) 4 ] - (6.36 mM). The reaction mass is stirred for 30 minutes and 1.0 g of 3-trimethylsilyl tricyclononene-7 is added, while providing molar ratios of the components in the reaction mass [TCNSi3]: [TCNSi1]: [Pd (OAc) 2 ]: [[Ph 3 C] + + [B (C 6 F 5 ) 4 ] - ] = 570: 1000: 1: 3 reagents. The resulting mixture was stirred for 24 hours at room temperature.
Полученный полимер (СП-20) растворяют в толуоле, осаждают этанолом и сушат в вакууме в течение 10 часов при температуре 60°C, переосаждают из толуола этанолом и снова сушат в вакууме, процедуру повторяют дважды.The obtained polymer (SP-20) was dissolved in toluene, precipitated with ethanol and dried in vacuum for 10 hours at a temperature of 60 ° C, reprecipitated from toluene with ethanol and dried again in vacuum, the procedure was repeated twice.
Выделенный полимер представляет собой белое твердое вещество, выход 50%, Mw=350000, Mw/Mn=2.5.The isolated polymer is a white solid, yield 50%, M w = 350,000, M w / M n = 2.5.
Элементный анализ. Найдено (%) 69.10 (C), 13.29 (H), 17.61 (Si), содержание звеньев TCNSi3 - 20 мол. %.Elemental analysis. Found (%) 69.10 (C), 13.29 (H), 17.61 (Si), the content of TCNSi3 units is 20 mol. %
Пример 2Example 2
В стеклянную ампулу загружают 1.0 г 50 вес. % раствора 3,3,4-трис(триметилсилил)трициклононена-7 и 2.47 мл Pd(OAc)2 в толуоле (2.1 мМ), затем при перемешивании добавляют 2.45 мл раствора в толуоле [Ph3C]+[B(C6F5)4]- (6.36 мМ). Реакционную массу перемешивают 30 минут и добавляют 1.0 г 3-триметилсилилтрициклононена-7, при этом обеспечивая мольные соотношения компонентов в реакционной массе [TCNSi3]:[TCNSi1]:[Pd(OAc)2]:[[Ph3C]+[B(C6F5)4]-]=280:1000:1:3 реагентов. Полученную смесь перемешивают 24 ч при комнатной температуре.In a glass ampoule load 1.0 g of 50 weight. % solution of 3,3,4-tris (trimethylsilyl) tricyclononene-7 and 2.47 ml of Pd (OAc) 2 in toluene (2.1 mM), then 2.45 ml of a solution in toluene [Ph 3 C] + [B (C 6 ) is added with stirring F 5 ) 4 ] - (6.36 mM). The reaction mass is stirred for 30 minutes and 1.0 g of 3-trimethylsilyl tricyclononene-7 is added, while providing molar ratios of the components in the reaction mass [TCNSi3]: [TCNSi1]: [Pd (OAc) 2 ]: [[Ph 3 C] + [B ( C 6 F 5 ) 4 ] - ] = 280: 1000: 1: 3 reagents. The resulting mixture was stirred for 24 hours at room temperature.
Полученный полимер (СП-10) растворяют в толуоле, осаждают этанолом и сушат в вакууме в течение 10 часов при температуре 60°C, переосаждают из толуола этанолом и снова сушат в вакууме, процедуру повторяют дважды.The resulting polymer (SP-10) is dissolved in toluene, precipitated with ethanol and dried in vacuum for 10 hours at a temperature of 60 ° C, reprecipitated from toluene with ethanol and dried again in vacuum, the procedure is repeated twice.
Выделенный полимер представляет собой белое твердое вещество, выход 55%, Mw=378000, Mw/Mn=2.6.The isolated polymer is a white solid, yield 55%, M w = 378000, M w / M n = 2.6.
ЭА. Найдено (%) 68.80 (C), 14.80 (H), 16.40 (Si), содержание звеньев TCNSi3 - 10 мол. %.EA. Found (%) 68.80 (C), 14.80 (H), 16.40 (Si), the content of TCNSi3 units is 10 mol. %
Измерения коэффициентов проницаемости аддитивного сополимера 3,3,4-трис(триметилсилил)трициклононена-7 и 3-триметилсилилтрициклононена-7 для различных газов.Measurement of the permeability coefficients of the additive copolymer of 3,3,4-tris (trimethylsilyl) tricyclononene-7 and 3-trimethylsilyl tricyclononene-7 for various gases.
Для проведения испытания газопроницаемости сополимеры, полученные по методикам, описанным в примерах 1 и 2, растворяют в толуоле в количестве, обеспечивающем получение концентрации 2.5 вес. % в растворе. Полученный раствор помещают в металлический цилиндр, дно которого образовано целлофановой пленкой, устанавливают на горизонтальный столик и оставляют при комнатной температуре для удаления растворителя в ходе его медленного испарения. Полученную пленку полимера отделяют от целлофановой основы и проводят измерения газопроницаемости газохроматографическим методом после выдерживания пленки в вакууме до достижения постоянного веса. Исследованные пленки имеют толщину около 100 мкм.To conduct gas permeability tests, the copolymers obtained by the methods described in examples 1 and 2 are dissolved in toluene in an amount providing a concentration of 2.5 weight. % in solution. The resulting solution is placed in a metal cylinder, the bottom of which is formed by a cellophane film, mounted on a horizontal table and left at room temperature to remove the solvent during its slow evaporation. The resulting polymer film is separated from the cellophane base and the gas permeability is measured by gas chromatography after the film is kept in vacuum until a constant weight is achieved. The studied films have a thickness of about 100 μm.
Газохроматографическая установка для измерения проницаемости включает проточную ячейку, в которую помещают мембрану из описанной твердой пленки, герметично уплотненную по краям резиновым кольцом. Сверху мембраны пропускают испытуемый газ, снизу мембраны пропускают газ-носитель гелий (при измерении проницаемости He и H2 газом-носителем служит азот). Поток газа-носителя с примесью проникшего в него через мембрану испытуемого газа проходит через камеру с детектором по теплопроводности, регистрирующим концентрацию пенетранта. Пробу отбирают с помощью крана-дозатора и направляют в хроматограф. По измеренному составу смеси и объемной скорости определяют коэффициент проницаемости. Измерения проводят при температуре 20-22°C и перепаде парциального давления испытуемого газа 1 атм. Рабочая поверхность мембраны - 15.2 см.The gas chromatographic apparatus for measuring permeability includes a flow cell into which a membrane of the described solid film is placed, hermetically sealed at the edges with a rubber ring. The test gas is passed from above the membrane, helium carrier gas is passed from below the membrane (nitrogen is used as the carrier gas in measuring the permeability of He and H 2 ). The flow of carrier gas with an admixture of penetrated through the membrane of the test gas passes through a chamber with a thermal conductivity detector that records the concentration of penetrant. A sample is taken using a metering valve and sent to a chromatograph. The permeability coefficient is determined from the measured mixture composition and space velocity. Measurements are carried out at a temperature of 20-22 ° C and a differential pressure of the test gas of 1 atm. The working surface of the membrane is 15.2 cm.
Найденные значения коэффициентов проницаемости (Баррер) и селективности по различным парам газов приведены в Таблице 1.The found values of the coefficients of permeability (Barrer) and selectivity for various vapor pairs are shown in Table 1.
Как видно из Таблицы 1, синтезированные новые аддитивные сополимеры обладают высокими коэффициентами проницаемости. Сравнение с другими мембранными материалами [Gringolts М., Bermeshev М., Yampolskii Yu., Starannikova L., Shantarovich V., Finkelshtein E. New High Permeable Addition Poly(tricyclononenes) with Si(CH3)3 Side Groups. Synthesis, Gas Permeation Parameters and Free Volume. // Macromolecules, 2010, 43 (17), c. 7165-7172] показывает, что они относятся к классу высокопроницаемых полимеров. Сопоставление проницаемостей прототипа - аддитивного поли(3-триметилсилилтрициклононена-7) и полученных сополимеров СП-10, СП-20 показывает, что СП-10, СП-20 имеют коэффициенты газопроницаемости по легким газам (He, H2, O2, N2, CO2) выше прототипа на 5-40%.As can be seen from Table 1, the synthesized new additive copolymers have high permeability coefficients. Comparison with other membrane materials [Gringolts M., Bermeshev M., Yampolskii Yu., Starannikova L., Shantarovich V., Finkelshtein E. New High Permeable Addition Poly (tricyclononenes) with Si (CH 3 ) 3 Side Groups. Synthesis, Gas Permeation Parameters and Free Volume. // Macromolecules, 2010, 43 (17), p. 7165-7172] shows that they belong to the class of highly permeable polymers. A comparison of the permeability of the prototype additive poly (3-trimethylsilyl tricyclononene-7) and the obtained copolymers SP-10, SP-20 shows that SP-10, SP-20 have light gas permeability coefficients (He, H 2 , O 2 , N 2 , CO 2 ) 5-40% higher than the prototype.
Обращают на себя внимание весьма высокие коэффициенты проницаемости по высшим углеводородам. При этом наблюдается рост коэффициентов проницаемости с увеличением молекулярной массы молекулы пенетранта (н-алкана), что позволяет рассматривать данные сополимеры в качестве перспективного мембранного материала для удаления фракции C3+ из природного газа и попутного нефтяного газа.Very high permeability factors for higher hydrocarbons are noteworthy. At the same time, an increase in permeability coefficients is observed with an increase in the molecular weight of the penetrant (n-alkane) molecule, which allows one to consider these copolymers as a promising membrane material for removing the C 3+ fraction from natural gas and associated petroleum gas.
При этом аддитивный сополимер СП-20 обладает существенно более высокой проницаемостью по пропану (на 50% выше) и бутану (на 11% выше), чем прототип. Очень важно, что полученные сополимеры имеют также высокие факторы разделения по паре газов C4H10/CH4 (Таблица 1).Moreover, the additive copolymer SP-20 has a significantly higher permeability to propane (50% higher) and butane (11% higher) than the prototype. It is very important that the copolymers obtained also have high separation factors for the C 4 H 10 / CH 4 gas pair (Table 1).
Таким образом, синтезированные новые аморфные стеклообразные аддитивные поли(3,3,4-трис(триметилсилил)трициклононен-7-со-3-триметилсилилтрициклононены-7), относящиеся к новому классу высокопроницаемых полимеров - политрициклононенов, проявляют хорошие газотранспортные свойства: весьма высокую газопроницаемость в сочетании с хорошей селективностью газоразделения углеводородов C1-C4. Приведенные выше данные по газотранспортным свойствам соответствующих сополимеров позволяют рассчитывать на использование мембран на их основе для извлечения высших углеводородов (C3+) из их смесей с метаном в природных и попутных нефтяных газах и концентрирования CO2 из газовых смесей с метаном и азотом.Thus, the synthesized new amorphous glassy additive poly (3,3,4-tris (trimethylsilyl) tricyclononene-7-co-3-trimethylsilyl tricyclononene-7), which belong to a new class of highly permeable polymers - polytricyclononenes, exhibit good gas transport properties: very high gas permeability combined with good selectivity of gas separation of hydrocarbons C 1 -C 4 . The above data on the gas transport properties of the corresponding copolymers allow us to rely on the use of membranes based on them to extract higher hydrocarbons (C 3 +) from their mixtures with methane in natural and associated petroleum gases and to concentrate CO 2 from gas mixtures with methane and nitrogen.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016111719A RU2634724C2 (en) | 2016-03-30 | 2016-03-30 | Additive copolymer 3,3,4-tris(trimethylsilyl)tricyclononene-7 and 3-trimethylsilyltricyclononene-7, method of its production and method for separating gas mixtures with its application |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016111719A RU2634724C2 (en) | 2016-03-30 | 2016-03-30 | Additive copolymer 3,3,4-tris(trimethylsilyl)tricyclononene-7 and 3-trimethylsilyltricyclononene-7, method of its production and method for separating gas mixtures with its application |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016111719A RU2016111719A (en) | 2017-10-05 |
RU2634724C2 true RU2634724C2 (en) | 2017-11-03 |
Family
ID=60047952
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016111719A RU2634724C2 (en) | 2016-03-30 | 2016-03-30 | Additive copolymer 3,3,4-tris(trimethylsilyl)tricyclononene-7 and 3-trimethylsilyltricyclononene-7, method of its production and method for separating gas mixtures with its application |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2634724C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2768465C1 (en) * | 2021-05-26 | 2022-03-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) | Method of producing additive polymers based on norbornene (embodiments) |
RU2807750C1 (en) * | 2023-08-16 | 2023-11-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) | Method for separating co2-containing gas mixtures |
US12121851B1 (en) | 2024-04-17 | 2024-10-22 | Saudi Arabian Oil Company | Wellhead carbon capture, utilization, and storage using mixed matrix membranes |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4948856A (en) * | 1987-05-22 | 1990-08-14 | B. F. Goodrich Company | Homogeneous addition copolymers of ethylene and cycloolefin monomers and method for producing same |
US20100150506A1 (en) * | 2007-03-30 | 2010-06-17 | Nec Corporation | Polymer optical waveguide forming material, polymer optical waveguide and manufacturing method of polymer optical waveguide |
RU2410397C1 (en) * | 2009-06-29 | 2011-01-27 | Учреждение Российской Академии Наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт Нефтехимического Синтеза Им. А.В. Топчиева Ран (Инхс Ран) | Mono- or disilicon-substituted tricyclononene, additive poly(mono- or disilicon-substituted tricyclononene) and method of separation of gas mixtures by means of based on it membranes |
RU2522555C2 (en) * | 2012-03-30 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) | Additive poly(mono(trimethylgermyl)-substituted tricyclononene), monomer for obtaining thereof and method of separating gas mixtures based on additive poly(mono(trimethylgermyl)-substituted tricyclononene) |
-
2016
- 2016-03-30 RU RU2016111719A patent/RU2634724C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4948856A (en) * | 1987-05-22 | 1990-08-14 | B. F. Goodrich Company | Homogeneous addition copolymers of ethylene and cycloolefin monomers and method for producing same |
US20100150506A1 (en) * | 2007-03-30 | 2010-06-17 | Nec Corporation | Polymer optical waveguide forming material, polymer optical waveguide and manufacturing method of polymer optical waveguide |
RU2410397C1 (en) * | 2009-06-29 | 2011-01-27 | Учреждение Российской Академии Наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт Нефтехимического Синтеза Им. А.В. Топчиева Ран (Инхс Ран) | Mono- or disilicon-substituted tricyclononene, additive poly(mono- or disilicon-substituted tricyclononene) and method of separation of gas mixtures by means of based on it membranes |
RU2522555C2 (en) * | 2012-03-30 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) | Additive poly(mono(trimethylgermyl)-substituted tricyclononene), monomer for obtaining thereof and method of separating gas mixtures based on additive poly(mono(trimethylgermyl)-substituted tricyclononene) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2768465C1 (en) * | 2021-05-26 | 2022-03-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) | Method of producing additive polymers based on norbornene (embodiments) |
RU2807750C1 (en) * | 2023-08-16 | 2023-11-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) | Method for separating co2-containing gas mixtures |
US12121851B1 (en) | 2024-04-17 | 2024-10-22 | Saudi Arabian Oil Company | Wellhead carbon capture, utilization, and storage using mixed matrix membranes |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016111719A (en) | 2017-10-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Alentiev et al. | Janus tricyclononene polymers bearing tri (n-alkoxy) silyl side groups for membrane gas separation | |
Sundell et al. | Alkoxysilyl functionalized polynorbornenes with enhanced selectivity for heavy hydrocarbon separations | |
Tsuchihara et al. | Polymerization of silicon-containing diphenylacetylenes and high gas permeability of the product polymers | |
Fang et al. | High-performance perfluorodioxolane copolymer membranes for gas separation with tailored selectivity enhancement | |
Cai et al. | Gas transport property of polyallylamine–poly (vinyl alcohol)/polysulfone composite membranes | |
Ma et al. | Unprecedented gas separation performance of a difluoro-functionalized triptycene-based ladder PIM membrane at low temperature | |
Li et al. | Microporous polyimides containing bulky tetra-o-isopropyl and naphthalene groups for gas separation membranes | |
US6706771B2 (en) | Silver salt-containing facilitated transport membrane for olefin separation having improved stability and method for producing the same | |
Belov et al. | Gas-transport properties of epoxidated metathesis polynorbornenes | |
US9873094B2 (en) | Cross-linked polymeric membranes for carbon dioxide separation | |
Bermeshev et al. | Synthesis and gas-separation properties of metathesis poly (3-fluoro-3-pentafluoroethyl-4, 4-bis (trifluoromethyl) tricyclonene-7) | |
Bisoi et al. | Soluble, optically transparent polyamides with a phosphaphenanthrene skeleton: synthesis, characterization, gas permeation and molecular dynamics simulations | |
RU2634724C2 (en) | Additive copolymer 3,3,4-tris(trimethylsilyl)tricyclononene-7 and 3-trimethylsilyltricyclononene-7, method of its production and method for separating gas mixtures with its application | |
Tkachenko et al. | Synthesis, gas transport and dielectric properties of fluorinated poly (arylene ether) s based on decafluorobiphenyl | |
Wang et al. | Facile synthesis and gas transport properties of Hünlich's base-derived intrinsically microporous polyimides | |
Chapala et al. | Synthesis and Gas‐Transport Properties of Novel Copolymers Based on Tricyclononenes Containing One and Three Me3Si‐Groups | |
KR101631481B1 (en) | Polymer using aziridine and method for preparing the same | |
Ye et al. | A class of polytriazole metallogels via CuAAC polymerization: preparation and properties | |
Alentiev et al. | Crosslinking of addition copolymers from tricyclononenes bearing (CH3) 3Si‐and (C2H5O) 3Si‐groups as a modification of membrane gas separation materials | |
RU2410397C1 (en) | Mono- or disilicon-substituted tricyclononene, additive poly(mono- or disilicon-substituted tricyclononene) and method of separation of gas mixtures by means of based on it membranes | |
RU2522555C2 (en) | Additive poly(mono(trimethylgermyl)-substituted tricyclononene), monomer for obtaining thereof and method of separating gas mixtures based on additive poly(mono(trimethylgermyl)-substituted tricyclononene) | |
Sakaguchi et al. | A series of poly (diphenylacetylene) s bearing sulfonic acids: synthesis, characterization, and gas permeability | |
Alentiev et al. | Addition copolymerization of silicon-containing tricyclononene with 2, 5-norbornadiene dimer | |
Kossov et al. | Study of accessible free volume and transport properties of TFPS-co-TMSP copolymer | |
Chapala et al. | Synthesis and gas separation properties of metathesis poly (5-ethylidene-2-norbornene) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180331 |