тема 4. Мембраны и мембранные процессы для разделения жидких и газовых смесей; мембранный катализ в химических процессах получения продуктов высокой чистоты

Исследования по данной теме охватывает широкий круг проблем, включая: синтез новых полимеров на основе полиацетиленов, полинорборненов, политрициклононенов и полисилоксанов для эффективного мембранного разделения газовых и жидких смесей, изучение их транспортных, сорбционных, газоразделительных и других физико-химических свойств материалов; выявление связи «структура-свойства» новых полимеров для пополнения и совершенствования Базы данных ИНХС РАН по газотранспортным и физико-химическим свойствам полимеров; разработка эффективных методов химической и физической модификации существующих полимерных материалов для повышения их устойчивости в органических средах и расширения областей применения мембранных способов разделения в нефтехимии и энергетики; выявление материалов с оптимальными свойствами для разделения многокомпонентных смесей низших углеводородов, моделирующих составы природного и попутных газов; разработка новых композиционных, в том числе половолоконных мембран для решения проблем разделения (кондиционирования) сложных газообразных и жидких смесей процессов нефтехимии, энергетики, решения экологических проблем; разработка высокоэффективных процессов мембранного катализа с использованием катализаторов различного состава для получения энергоносителей и сырья для нефтехимии. 1. Для прогресса в области мембранных технологий необходимы поиск, изучение и создание принципиально новых мембранных материалов, в том числе на основе химической и физической модификации уже существующих. Поиск новых мембранных материалов тесно связан с развитием теоретических подходов по предсказанию их газотранспортных свойств по химической структуре элементарного звена и термодинамическому описанию получаемых газоразделительных параметров. 2. Баромембранные способы очистки жидких сред постепенно замещают традиционные технологии за счет их повышенной энергоэффективности и ресурсосбережения. Актуальной задачей является повышение стабильности полимерных плоских и половолоконных мембран при контакте с агрессивными органическими растворителями. Перспективным способом стабилизации мембран является химическая сшивка матричного полимера добавочным полимером (формирование полувзаимопроникающей сетки). 3. Одним из экономичных способов получения водорода является паровая конверсия низших биоспиртов. Но побочное образование CO создает повышенную взрывоопасность и снижает возможности использования водорода в топливных элементах. Использование мембранных реакторов способствует решению проблемы взрывоопасности реакционных смесей, получению продуктов высокой чистоты и повышению выхода целевых продуктов выше термодинамически равновесного. 4. Этилен является одним из основных прекурсоров органического синтеза. Окислительное дегидрирование этана позволяет снизить температуру процесса и повысить селективность образования этилена. 5. Мембранные технологии выделения СО2 представляют собой конкурентоспособное решение важной экологической проблемы. 6. Традиционное разделение газовых смесей связано с высокими энергозатратами, а сбросные потоки содержат значительные количества токсичных, либо ценных компонентов (включая энергоносители), теряемых безвозвратно. Мембранные безреагентные газоразделительные процессы энергоэффективны и не требуют высоких капитальных вложений. Планируемая работа направлена на поиск и разработку новых плоских и половолоконных газоразделительных мембран и процессов на их основе для адресного применения в составе существующих технологических цепочек. 7. Созданный научный задел, включающий новые материалы, мембраны на их основе, способы очистки и синтеза с использованием мембранных реакторов, обеспечит необходимые предпосылки для успешного развития направления.