Мембраны и мембранные процессы для разделения жидких и газовых смесей; мембранный катализ в химических процессах получения продуктов высокой чистоты

Объекты и методы исследования ПМП, ПТМСТ, ПАН, ПНД, ПМБ, ПФО, ПС, полиимиды и др. полимеры, модифицированные химическими и плазмохимическими методам, для мембранного разделения, нано- и ультрафильтрации. Математическое моделирование мембранных процессов. База данных. Каталитические системы, нанесенные на поверхность ДНА и сформированные методом молекулярного наслаивания на подложку из SiO2 для мембранного катализа ПРЭ и ОДЭ. Математическое моделирование мембранных процессов. В работе использованы традиционные методы физико-химического анализа (хроматография, спектроскопия, РАФ, СЭМ и др.), метод аннигиляции позитронов, специальные установки для мембранных и мембранно-каталитических исследований. Математическое моделирование выполнено методом численного решения системы дифференциальных уравнений матбаланса в мембранном модуле. Цель работы Разработка химически модифицированных и композиционных мембран на основе ПАН для высокоэффективного разделения водомасляных эмульсий и органических смесей. Наработка лабораторных партий модифицированных ПМП и ПТМСП, изучение мембранного разделения СО2-содржащих газовых смесей. Разработка высокоэффективных мембран для выделения Н2 из смеси с метаном. Разработка мембран для кондиционирования биогаза, оценка возможности извлечения паров метана при мембранной осушке ПГ. Исследование новых полимеров как потенциальных материалов для мембранного разделения промышленно важных газовых смесей. Изучение влияния структуры полимеров на их газоразделительные свойства. Развитие аналитической модели для предсказания селективности полимерных газоразделительных мембран. Пополнение Базы данных. Разработка и изучение новых каталитических систем для мембранного катализа нефтехимических процессов. Основные результаты В результате проведенных исследований получены следующие результаты: - показано, что полученная композиционная мембрана на основе ПАН, содержащая 0,5% НКЦ, демонстрирует высокие показатели: проницаемость по эмульсиям 270 кг·м-2· ч-1·атм-1, селективность 98%, степень восстановления потока – 76%. Эта работа открывает перспективы использования таких мембран для очистки воды от нефтяных примесей; - для нанофильтрации органических сред разработана композиционная ПАН-мембрана с высоким коэффициентом задерживания по растворам модельных красителей R=86-99%, что перспективно для разделения органических смесей; - разработаны новые методики формирования ассиметричных половолоконных и плоских композиционных мембран с тонким селективным слоем на основе ПНБ-О. Показано, что композиционные ПНБ-О мембраны на пористой неорганической подложке обладают рекордной селективностью αН2/СН4 = 230, что более, чем вдвое превышает показатели лучших известных мембран. Установлено, что эти мембраны стабильны до 300°С. Эти результаты представляют большой интерес для создания технологии мембранного выделения водорода; - получен ряд аналитических уравнений для расчета показателей при разделении бинарных газовых смесей - оптимизированы условия и выбраны наиболее эффективные катализаторы процессов ОДЭ и ПРЭ. В процессе ОДЭ достигнута конверсия этана 12% при селективности по этилену 90%. При исследовании ПРЭ в мембранном реакторе достигнута степень извлечения водорода 37%; - показана эффективность модифицированных ПМП и ПТМСП для выделения СО2 из промышленных смесей; - рассчитаны показатели мембранных систем при удалении СО2 из биогаза, разделении изомеров бутана, водно-спиртовых смесей и осушке природного газа, представляющие практический интерес; - исследованы характеристики ряда вновь синтезированных полимеров, модифицированных поверхностным фторированием и обработкой низкотемпературной плазмой. Выявлен ряд перспективных для мембранного газоразделения полимеров. Предложены полимерные материалы для селективного слоя мембран в технологии ЭКМО. Область применения результатов: Полученные результаты обосновывают перспективы применения разработанных подходов к получению композиционных полимерных мембран для создания новых технологий мембранного разделения сложных смесей: очистки воды от нефтяных примесей; разделения органических смесей; выделения диоксида углерода из промышленных смесей газов. Предложенные методики формирования ассиметричных половолоконных и плоских композиционных мембран с тонким селективным слоем и стабильные при высоких (до 300 С) температурах формируют научный задел создания технологии мембранного выделения водорода из метан-содержащих газов. Предложена фундаментальная концепция и обоснована ее полезность для создания научных основ технологий разделении изомеров бутана, водно-спиртовых смесей и осушке природного газа.