«Физико-химические основы управляемого синтеза неорганических и органических полимерных мембранно-каталитических систем со смешанными функциональными центрами для различных химических реакций и процессов» Этап 1 (Промежуточный)

В результате выполнения первого этапа работы рассмотрены фундаментальные аспекты, связанные с разработкой различных методов синтеза амфифильных полимеров и новых мономеров для их получения, исследованием свойств полимеров и оценкой каталитической активности полимеров и низкомолекулярных моделей и компонентов каталитических систем для ряда промышленно важных органических реакций. Был разработан, спроектирован и создан экспериментальный стенд для осуществления in-situ измерений эффективных газотранспортных характеристик полимерных мембран. Был выполнен подбор контрольно-измерительных приборов и аналитического обеспечения, осуществлен монтаж основных узлов экспериментального стенда (газораспределительная система, запорная арматура, контрольно-измерительные приборы), проведены пуско-наладочные работы и выполнена апробация стенда. Основным результатом этого этапа реализации проекта является новый, разработанный и созданный экспериментальный стенд для определения эффективных газотранспортных характеристик полимерных образцов. Ключевым элементом такой установки являются специально созданный мембранный модуль и аналитический комплекс, представленный газовым хроматографом или масс-спектрометром. Разработанная установка позволяет определять широкий спектр газотранспортных характеристик полимерных образцов, а именно: коэффициенты проницаемости, диффузии и растворимости как для индивидуальных газов, так и для компонентов газовых смесей, и, соответственно, рассчитывать идеальную и эффективную селективности образца. Кроме того, созданный экспериментальный позволяет проводить оценку влияния присутствия паров воды в составе газовой смеси на газотранспортные характеристики полимерных образцов, а при использовании масс-спектрометра в качестве аналитического окончания установки имеется возможность отслеживания изменения газотранспортных характеристик полимерных образцов в реальном времени, в том числе в динамических условиях проведения процесса (изменение состава смеси, давления, влажности, величины питающего потока). Были определены эффективные газотранспортные характеристики (коэффициенты проницаемости, диффузии, растворимости) ряда газоразделительных мембран для компонентов газовых смесей, которые сравнивались с теми же характеристиками, полученными при массопереносе индивидуальных (чистых) газов. В рамках реализации этого этапа проекта исследование газотранспортных характеристик было выполнено на примере коммерчески-доступных образцов (композиционные газоразделительные мембраны МДК-1, 2, 3; половолокнная ассиметричная мембрана из полисульфона) и разработанных комбинированных систем мембрана-абсорбент на основе композиционной мембраны из поливинилтриметилсилана. В результате реализации настоящего этапа проекта было выполнен сравнительный анализ коэффициентов проницаемости мембраны марки МДК для индивидуальных (чистых) газов и компонентов газовых смесей на примере двух газовых систем: N2/O2/CO2 и N2/C2H2. Также, сравнение коэффициентов проницаемостей, полученных для индивидуальных газов и компонентов газовых смесей было выполнено для ранее разработанных комбинированных систем мембрана-абсорбент, представленных следующими образцами: ПВТМ-МДЭА+[bmim][Tf2N]-, ПВТМС-МДЭА+[bmim][PF6]-, ПВТМС-МДЭА+[bmim][BF4]-, ПВТМС-МДЭА+[P66614][Inda]-. Газотранспортные характеристики этих систем были определены для чистых газов (CH4, CO2, H2S) и компонентов смесей, содержащих эти же газы. На примере исследования газотранспортных характеристик половолоконной ассиметричной мембраны, изготовленной из полисульфона был выполнен сравнительный анализ коэффициентов проницаемости, диффузии и растворимости, полученных для индивидуальных газов и компонентов газовых смесей.В рамках работы по настоящему проекту был выполнен поиск альтернативного "зеленого" термодинамического промотора - ионной жидкости, для процесса выделения диоксида углерода из дымовых газов. Поскольку одним из серьезных препятствий для коммерциализации технологии газогидратной кристаллизации является высокое давление диссоциации газовых гидратов, обеспечивающее высокую энергоемкость проведения процесса за счет необходимости сжатия сырьевого газового потока до значений превышающих 7 МПа. При этом, повышение рабочего давления в процессе газогидратной кристаллизации приводит к повышению производительности этого метода; однако это не гарантирует высоких значений извлечения CO2 и коэффициента разделения системы CO2-N2, поскольку газы (N2, CO, NOx, CH4), отличные от CO2, входящие в состав дымового газа, как основа (N2), на примесном уровне (CO, NOx, CH4), также увеличивают долю заполнения полостей при образовании газового гидрата.