НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ МЕМБРАНЫ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ЖИДКИХ И ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ; МЕМБРАННЫЙ КАТАЛИЗ В ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОДУКТОВ ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ

Объектами исследования являются новые полимерные и композиционные материалы и высокопроизводительные мембраны на их основе. Целью работы является: создание на основе синтезированных полимеров мембран для высокоэффективного разделения жидких и газовых смесей, мембранного катализа в процессах получения продуктов высокой чистоты; развитие исследований селективного трансмембранного переноса С1-С4-алканов, их смесей и аномальных разделительных эффектов в углеводород-селективных полимерных мембранах на основе стеклообразных полимеров в широком диапазоне активностей компонентов. При выполнении работы получены следующие результаты: - выявлены оптимальные параметры для формования половолоконных мембран из полисульфона (ПСФ) для использования в качестве пористых подложек композиционных мембран, наработаны экспериментальные образцы мембран для дальнейших практических применений; - оптимизированы параметры процесса сухо-мокрого формования пористых половолоконных мембран из полиакрилонитрила (ПАН) – перспективных пористых подложек композиционных мембран. Мембраны продемонстрировали высокую газопроницаемость при размерах пор, обеспечивающих кнудсеновский режим течения (Pcо2 = 81 м3/м2∙ч∙атм); - Показано, что с ростом температуры нагрева при модификации ИК-излучением полых волокон из ПАН увеличивается устойчивость таких мембран к апротонным растворителям, при этом размер пор снижается с 14 нм для исходной мембраны до 7 нм для мембраны после ИК-обработки. Показано, что ИК-модификация повышает прочность полого волокна с 4.18 до 5.47 МПа, при этом модуль Юнга увеличивается с 76 до 136 МПа. В то же время вследствие уменьшения размера пор происходит снижение проницаемости мембран (проницаемость по ацетону снизилась с 5 л/(м2·ч·атм) до 0.65 л/(м2·ч·атм)). - исследована возможность применения мембран из ПАН для селективного отделения асфальтенов из нефтяных смесей. На примере раствора мазута в толуоле показано, что содержание асфальтенов в пермеате снижается на 90%; - для оптимизации процессов парового риформинга матанола (ПРМ) и парового риформинга этанола (ПРЭ) изучены каталитические свойства новых синтезированных в Институте каталитических систем на основе ИК-пиролизованных ПАН и хитозана (ХТ), содержащих наноразмерные частицы Ru, Rh, Cu, Zn, Ni, а также Pd-Co – биметаллические частицы; установлено влияние природы маталла и носителя на выход водорода; - с целью создания научных основ процесса получения этилена окислительным дегидрированием этана (ОДЭ) в мембранном реакторе исследовано ОДЭ на каталитической системе 2VP +МАЙЕНИТ. Установлено, что возрастание селективности катализатора 2VP +майенит по этилену с ростом температуры связано со способностью майенита поглощать CO2; найдены оптимальные условия ОДЭ. - впервые проведена химическая модификация ПМП и ПТМСП СО2 - фильными группами на основе алкиламинов и изучены их свойства. Полученные полимеры являются перспективными мембранными материалами для улавливания СО2 из технологических газовых смесей; - на примере разделения бутан-метановых смесей мембранами на основе ПМПентина предложен новый подход к объяснению неаддитивного возрастания селективности; определены основные параметры проницаемости систем «газ-полимер»; разработан экспресс метод исследования газоразделительных мембран; - исследованы транспортные свойства новых полимерных материалов, выявлена взаимосвязь параметров проницаемости с другими физико-химическими свойствами полимеров. Разработан метод прогнозирования сорбционных параметров стеклообразных полимеров для газов на основе компьютерной модели фрагмента полимерной цепи. - с целью создания высокоэффективных диффузионных мембран для экстракорпоральной мембранной оксигенации крови проведен скрининг широкого круга полимеров, выявлены полимеры с оптимальными свойствами для дальнейших исследований.