Sorption of Water Vapors by Multilayer Polyelectrolyte Films

Abstract

Цель работыоценить водопоглощение и кинетические характеристики сорбции и десорбции водяного пара мультислойными пленками на основе полидиаллилдиметиламмоний хлорида полистиролсульфоната натрия (ПДДA/ПСС)n и хитозана и декстран сульфата (ХН/ДекС)n в зависимости от влажности воздуха и температуры.Водопоглощение и кинетические характеристики сорбции и десорбции водяного пара мультислойными пленками на основе (ПДДА/ПСС)n и (ХН/ДекС)n охарактеризованы методом кварцевого микровзвешивания в зависимости от относительной влажности воздуха (RH) и температуры.Масса воды, сорбированной мультислойными пленками (ПДДA/ПСС)n и (ХН/ДекС)n, где nчисло бислоев, из газовой фазы, зависит от толщины слоев и RH. При постоянной RH степень набухания (αRH) пленок (ХН/ДекС)n уменьшается с ростом толщины мультислоев, а для пленок (ПДДA/ПСС)n остается постоянной. Величина αRH не зависит от температуры в диапазоне от 23,4 ºС до 33,8 ºС. Для (ПДДA/ПСС)n мультислоев αRH меньше, чем (ХН/ДекС)n пленок и при n = 3 и RH 97% составляет 0,22 ± 0,01 г/г и 0,38 ± 0,01 г/г, соответственно. Время набухания мультислоев не превышает 25 мин.Коэффициенты диффузии воды и константы скорости сорбции водяного пара для пленок (ПДДA/ПСС)n больше, чем для мультислоев (ХН/ДекС)n, что отражает различия в структуре пленок. Для слоев на основе синтетических полимеров характерна рыхлая пористая структура, а наличие большого числа гидроксильных групп в мультислойных пленках полисахаридов, образующих водородные связи как с соседними макромолекулами, так и с молекулами воды, замедляет их диффузию во внутренние слои пленок.

Metal organic framework/polyelectrolyte composites for water vapor sorption applications

“…At the same time, the water sorption capacity of planar (PSS/PDDA) n films under these conditions does not exceed 100 mg g −1 . 52 This also proves the non-additive effect of the polyelectrolyte shell on water uptake by the composite.…”

“…As one can see from Table 2, there is a 2–3 fold increase in the q e value of Al fumarate/LbL powders as compared with the pristine MOF, although the mass fraction of polyelectrolytes in the composites is obviously less than 15% and the water absorption capacity of the LbL film material itself on planar surfaces is lower than the value for Al fumarate. Those are 220 ± 10 and 380 ± 10 mg g −1 for (PSS/PDDA) n and (DexH/ChH) n films, respectively, 52 against 450 ± 10 mg g −1 for the MOF. The enhanced water uptake by LbL coated powders is not completely due to the additive sorption by the shell material but is apparently caused by the changes introduced into the shape of the corresponding adsorption isotherm, namely, into the adsorption values before and after sharp incline at the inflection point and extra fast growth of adsorption in humid and fog atmosphere, similar to those found for other MOF/LbL composites (Fig.…”

“…For example, for (PDDA/PSS) n and (CH/DexS) n layers, it can be as high as ∼50 mg g −1 at p / p 0 = 0.2; the value is comparable with that for some MOFs under an arid atmosphere. 52 The MOFs with high polyelectrolyte adsorption per layer, such as UiO-66, Basolite® A520, and MIL-53-TDC (Table 1), are expected to be more prone to increased uptake below their inflection point than Zr-fum and Al-Fum.…”

“…49 The water uptake by (PDDA/PSS) n and (chitosan/dextran sulfate) n , n = 3 films at ambient temperature from gas phase with p / p 0 = 0.97 is 220 ± 10 and 380 ± 10 mg g −1 with ∼a 15 min saturation time. 52…”

“…The diffusion coefficients of water from the gas phase into individual polyelectrolyte films (PSS and PAA), interpolyelectrolyte complex membranes and LbL films are within the range of 10 −14 –10 −6 cm 2 s −1 and affected by the thickness of the layer and temperature. 47,52–54…”