МЕМБРАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ВЫДЕЛЕНИЯ СО2 И ЕГО УТИЛИЗАЦИЯ

Проблема выделения парниковых газов из различных техногенных источников составляет глобальную задачу, связанную с изменением климата планеты. Усилия исследователей сфокусированы на выделение СО2 из многокомпонентных смесей биогенного и техногенного происхождения и его последующей утилизации. Отметим, например, многолетние европейские проекты, в которых ИНХС РАН принимал активное участие (Hyvolution (2005-2010), DECARBIT (2008-2011), HIPERCAP, (2014-2017). В настоящем проекте исследования фокусируются на комбинации стадии мембранного выделения СО2 с последующей утилизацией в виде карбаматов и мочевины по маршрутам «зеленой химии». Такая комбинация требует особого решения – подбора мембраны, операционной мембранной схемы и сочетания полученного оптимального решения с процессом утилизации. Поскольку речь идет о дымовых газах (flue gases), то (1) выбор мембран ограничивается СО2-селективными мембранными полимерами, устойчивыми к химическим воздействиям (кислые, щелочные, химически активные (NOx) газовые среды), а сам процесс утилизации требует (2) тщательного скрининга растворителей и реакционного процесса в целом. Одним из мембранных полимеров, подходящих к требуемым условиям, является аморфный гидрофобный стеклообразный поливинилтриметилсилан (ПВТМС) (Tg = 155oC), обладающий средними показателями для СО2-разделения, который являлся базовым полимером для производства асимметричных газоразделительных мембран в РФ. Для улучшения селективности разделения техногенных СО2-содержащих смесей планируется применить методику одностороннего послойного нанесения (LBL) гидрофильных полимеров, позволяющую сохранять объемные транспортные свойства мембраны. При этом в результате модификации, возникают новые граничные условия для мембранного газопереноса, что потребует, в свою очередь, развития теории селективного газопереноса с различными граничными условиями, и экспериментального исследования кинетики диффузии газов в сложных мембранных средах. Наиболее перспективные результаты будут реализованы в виде композиционных мембран на основе ПВТМС, показатели которых составят базу для моделирования мембранной системы выделения СО2 из дымовых газов. Вторая составляющая проекта связана с исследованием возможных маршрутов конверсии отделяемой мембранным блоком газовой фазы СО2 с использованием технологий «зеленой химии» (использование неводных абсорбентов на основе ионных жидкостей), что составит поисковый блок исследований по созданию полезных химических веществ из сбросных газовых потоков. Особенность (новизна) проекта заключается в том, что проект направлен на поиск новых решений проблемы утилизации СО2 путем разработки новых фундаментальных аспектов выделения СО2 из многокомпонентных смесей техногенного происхождения за счет транс-мембранной селективной проницаемости, ее реализации в практических процессах мембранного выделения СО2 и решением химико-технологическими проблем последующей конверсии по маршруту «зеленой» химии.