Сотрудники Института нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН (г. Москва) создали новый вид полимерной мембраны, заменив основную целлюлозную цепь на полициклоолефиновую, в которой атомы углерода соединены в сложные трехмерные кольцевые структуры. Такие соединения обладают высокой термической и химической стабильностью, сообщается в пресс-релизе РАН.
В исследовании принимали участие сотрудники Первого Московского государственного медицинского университета им. И. М. Сеченова и Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.
Ученые дополнительно ввели в состав полимера сложноэфирные группы, содержащие атомы углерода и кислорода, и повысили способность материала связываться с углекислым газом, тем самым ускорив прохождение последнего через мембрану.
Сотруница Института нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН изучает газотранспортные свойства пленкиИзображение: пресс-служба РАН
По сравнению с мембраной из ацетата целлюлозы новый материал в 2 раза лучше разделял углекислый газ и азот, а его проницаемость по отношению к углекислому газу оказалась выше более чем в 60 раз. Поэтому разделение газов будет происходить эффективнее.
Авторы разработки подчеркивают, что это неожиданный для них результат. Как правило, существует закономерность: при росте проницаемости падает селективность разделения, и наоборот — с увеличением качества газоразделения снижается проницаемость. Введение в состав полимера сложноэфирных групп привело к улучшению обоих параметров.
«Полученный материал продемонстрировал превосходные газоразделительные свойства. Структура нового полимера проста и легка в получении — предложенные мембраны можно создавать из продуктов нефтепереработки и традиционных акриловых мономеров, что делает их доступными. Внедрение их в системы газовыведения будет способствовать снижению парникового эффекта, вызванного выбросами теплоэлектростанций и других промышленных предприятий. Мы планируем продолжать работы по разработке мембран на основе данных полимеров. Сейчас проводятся испытания в условиях, приближенных к промышленным», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Евгения Бермешева, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник Лаборатории химии нефти и нефтехимического синтеза ИНХС РАН.
Разработку можно будет использовать для экологически чистого удаления углекислого газа из отработавших газов, выбрасываемых в атмосферу при работе теплоэлектростанций и других промышленных предприятий. Это, в свою очередь, поможет бороться с парниковым эффектом.
Одна из основных причин парникового эффекта — выбросы углекислого газа в атмосферу в результате работы теплоэлектростанций. Предотвратить его попадание в окружающую среду могут помочь мембраны — пористые полимерные материалы, которые используются, чтобы выделять углекислый газ из дымовых газов и природного газа. Они задерживают безопасный для атмосферы азот и хорошо пропускают углекислый газ, который затем удаляют с помощью системы очистки и помещают в резервуары, откуда его можно извлекать для использования в различных химических процессах.
Часто мембраны изготавливают из ацетата целлюлозы — полимера на основе обычной растительной клетчатки, к которой присоединены остатки уксусной кислоты. Однако увеличивающиеся темпы производства требуют разработки новых мембран с улучшенными эксплуатационными характеристиками, прежде всего проницаемостью и избирательностью (селективностью).
Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Membrane Science.