Мембранно-каталитические системы для селективного выделения и переработки диоксида углерода в циклические карбонаты

Настоящий проект направлен на решение проблемы утилизации диоксида углерода, а именно на разработку мембранно-каталитического систем для улавливания и конверсии CO2 в ценные органические продукты – циклические карбонаты. Поскольку диоксид углерода является парниковым газом и рост его концентрации в атмосфере приводит к нарушению терморегуляции планеты и является основной причиной глобального изменений климата, поиск и разработка технологий его утилизации является важной и актуальной научной задачей. В настоящее время разработана стратегия CCS (Carbon Capture and Storage) направленная на снижение выбросов диоксида углерода, подразумевающая улавливание СO2 из источника выбросов, транспортировку и долгосрочное хранение и/или его переработку в твёрдые продукты. Перспективным подходом к реализации данной программы является применение технологии мембранного газоразделения, характеризующейся энергоэффективностью, простотой масштабирования, экологичностью и возможностью «настройки» процесса за счет подбора наиболее эффективных мембран и варьирования конфигураций мембранных аппаратов. В рамках реализации настоящего проекта предлагается разработка технологии выделения и утилизации диоксида углерода с использованием мембранно-каталитических систем на основе полимерных ионных жидкостей, вписывающей в обозначенную концепцию стратегии CCS, то есть с возможностью интеграции в существующие технологические схемы. Научная новизна настоящего проекта состоит в создании комплексного инструментария на основе полимерных ионных жидкостей – мембранно-каталитической системы, одновременно являющимся мембранами для селективного выделения диоксида углерода и катализаторами для его превращения в ценные органические соединения. Такой подход может быть реализован благодаря уникальным свойствам полимерных ионных жидкостей, обладающих высокой селективностью по отношению к диоксиду углерода и одновременно являющихся катализаторами химических превращений с его участием: карбоксилирования оксидов непредельных соединений с образованием циклических карбонатов. Возможность выделения чистого диоксида углерода с последующим превращением в ценный продукт, обеспечиваемая мембранными катализаторами, поможет интенсифицировать технологический маршрут улавливания и дальнейшей переработки диоксида углерода. Полимерная природа полиионных жидкостей позволяет изготавливать мембраны различной конфигурации (композиционные, симметричные, асимметричные), что в совокупности со специфическими химическими свойствами позволит сформировать реактивные мембраны для органических превращений. Поскольку создание мембранно-каталитических реакторов является масштабной комплексной задачей, она будет разделена на несколько подзадач: разработка материалов для мембран, обладающих каталитическими свойствами в реакциях карбоксилирования оксидов алкенов, оценка каталитической активности полученных материалов, создание мембран на основе полученных материалов и, наконец, создание мембранных каталитических реакторов. Таким образом, в ходе проекта будут созданы многофункциональные материалы – полимерные ионные жидкости, мембраны различного строения на их основе, разработан экспериментальный комплекс для апробации созданных систем как для идеальных условий, так и для квази-реальных газовых систем. Реализация объединения мембранных и каталитических технологий посредством создания каталитических мембран позволит снизить энергозатраты и оптимизировать процесс улавливания и переработки диоксида углерода, что имеет фундаментальную, прикладную и экономическую важность поддержки настоящего проекта.