Дизайн сорбентов диоксида углерода для установок очистки воздуха в системах жизнеобеспечения

Развитие технологии поглощения СО2 имеет большое значение для решения задачи ограничения эмиссии парниковых газов в атмосферу Земли энергетикой и транспортом, эффективное удаление СО2 необходимо для нормальной жизнедеятельности людей в коллективных и индивидуальных системах жизнеобеспечения (СЖ), применяемых в медицине (наркозно-дыхательная аппаратура), в МЧС и на флоте (самоспасателях, ребризерах) и др. Промышленные технологии выделения СО2 из газовых смесей: криогенная очистка, короткоцикловая адсорбция, аминная очистка, мембранное разделение характеризуются высокими энергетическими затратами, необходимостью использования газов с высокой концентрацией СО2, сложного технологического оборудования. Технология выделения СО2 с помощью химических сорбентов позволяет создавать компактные установки очистки воздуха в СЖ, менее требовательна к инженерному оформлению процесса, энергоэффективна, позволяет работать с газовыми смесями с низкой концентрацией СО2. Техническими требованиями к сорбентам СО2 являются высокая сорбционная емкость, прочность. В качестве сорбентов в СЖ применяют материалы на основе гидроксидов Ca, Li. Недостатком таких сорбентов является низкая степень их использования в процессе поглощения СО2, причиной которой является блокировка поверхности сорбента слоем продукта реакции, в результате которой скорость сорбции СО2 чрезвычайно замедляется. Указанная проблема может быть решена путем организации оптимальной газотранспортной системы пор внутри гранул, которая обеспечит необходимый доступ очищаемого газового потока к частицам активного компонента в сорбенте. В рамках проекта планируется получить новые сорбенты на основе Ca(OH)2, LiOH и различных углеродных материалов: углеродных нанотрубок и каталитических нановолокон, и провести анализ влияния свойств углеродного носителя на эксплуатационные свойства сорбентов. Мы полагаем, что использование углеродных материалов позволит увеличить степень использования сорбентов до 85–90% за счет создания эффективной системы газообмена внутри гранул. Будут получены новые сорбенты, обладающие высокой сорбционной емкостью, превышающей емкость коммерческих сорбентов на 30–50%. акже новым научным направлением, разрабатываемым в проекте, является разработка сорбентов в форме картриджей. Использование картриджей по сравнению с гранулами позволит увеличить эффективность транспорта реагентов из реакционного потока к поверхности сорбентов, снизить гидравлическое сопротивление в адсорбере, улучшить механическую стабильность СЖ. Полученные материалы будут охарактеризованы современными физико-химическими методами анализами, испытаны в модельных условиях сорбции. Научная новизна проекта заключается в разработке научных основ синтеза сорбентов диоксида углерода, позволяющих осуществлять направленный дизайн пористой системы сорбентов и сорбционных картриджей. В результате проекта будут разработаны новые композиционные сорбенты СО2 с высокой сорбционной ёмкостью. Рекомендации, полученные при выполнении проекта можно будет использовать для проектирования СЖ и для создания инфраструктуры декарбонизации энергетики и транспорта. Фундаментальные научные результаты проекта будут апробированы на примере сорбентов для сорбции СО2 в наркозных аппаратах. Отсутствие отечественных сорбентов приводит к критической зависимости от импорта в этом важном элементе технологии проведения хирургических операций и высоким затратам клиник на закупки. В рамках проекта будут подготовлены к производству медицинские сорбенты СО2, а также оценены с применением нового методического подхода экономические эффекты от их реализации. Это откроет путь к созданию первого отечественного производства медицинских сорбентов СО2 в Новосибирской области и будет содействовать технологическому суверенитету России.