Создание и исследование новых мембранных материалов, в т.ч. наноматериалов. Моделирование и разработка композиционных мембран, интегрированных мембранных систем для мембранного катализа и мембранных технологий

Исследованы мембраны на основе ПТМСП для нанофильтрационного и первапорационного разделения смесей органических веществ; новые мембранно-каталитические наносистемы для процессов окислительного дегидрирования низших алканов и парового риформинга этанола; наноструктурированные функционализированные полимерные мембранные; мембранные газоразделительные свойства элементорганических полимеров; диффузионный транспорт частиц в наноструктурах различной геометрии и флуктуационные механизмы возникновения направленного движения в асимметричных трубках и каналах. Цель работы в 2013 - 2017 гг. - изучение селективности нанофильтрационных и первапорационных мембран на основе сшитого ПТМСП; разработка теоретического описания нанофильтрации и первапорации; разработка, приготовление и экспериментальная апробация принципиально новых мембранно-каталитических наносистем для процессов окислительного дегидрирования низших алканов и парового риформинта этанола; разработка методики получения функционализированных полимерных материалов на основе высокопроницаемых 1,2-дизамещенных полиацетиленов (ПМП, ПТМСП) и изучение физико-химических свойств полученных материалов; теория и полуэмпирические закономерности молекулярно-селективного переноса газов и паров; мембранное материаловедение; мембранные модули, системы и процессы, функциональные, интегрированные и гибридные мембранные системы для паро- и газоразделения, а также катализа; поиск новых мембранных материалов для разделения технологически важных смесей; определение коэффициентов проницаемости и диффузии газов, прямое измерение сорбции газов и свободного объема в полимерах; разработка теоретических подходов к предсказанию транспортных и термодинамических свойств полимеров; разработка аналитических и численных методов расчета транспортных коэффициентов; разработка и анализ энтропийного броуновского мотора. Изучены разделительные характеристики нанофильтрационных и первапорационных мембран на основе сшитого ПТМСП. Разработано теоретическое описание нанофильтрации и первапорации на основе неравновесной и статистической термодинамики. Разработаны, изготовлены и изучены новые мембранно-каталитические наносистемы для процессов окислительного дегидрирования низших алканов и парового риформинга алифатических спиртов для получения чистого водорода. Разработаны новые высокопроницаемые композиционные мембраны с селективным слоем на основе металлоорганических каркасных структур (ZIFs). Разработана методика получения полимерных материалов на основе ПМП, ПТМСП и кремнийсодержащих полинорборненов, изучены их физико-химические свойства; определены коэффициенты проницаемости и диффузии газов, измерена сорбция газов, а методом аннигиляции позитронов - свободный объем в полимерах. Разработаны и изучены функциональные, интегрированные и гибридные мембранные системы для паро-, газоразделения и катализа, в том числе новые мембранные материалы для разделения таких промышленно важных смесей, как O₂/N₂ и He/CH₄. Разработаны не имеющие аналогов парофазные процессы разделения жидких смесей, включая разделение водно-органических и спирто-органических смесей биогенного и техногенного происхождения. Выявлены полуэмпирические закономерности молекулярно-селективного переноса газов и паров. Разработана не имеющая аналогов неизотермическая методика анализа разделительных свойств мембран со сверхтонкими слоями, которая вместе с предложенной интерпретацией термодинамических параметров газопереноса и накопленных корреляционных закономерностей позволяет быстро оценивать потенциал реальной мембраны для разделения многокомпонентных смесей различного состава. Создана и запатентована база данных (2011 г.), которая постоянно пополняется. Разработан и проанализирован энтропийный броуновский мотор, управляемый флуктуациями размера частиц.