Высокоэффективные композиционные мембраны на основе замещенных полиметилсилоксанов для первапорационного выделения оксигенатов из сточных вод органических производств

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 17-79-20296

НазваниеВысокоэффективные композиционные мембраны на основе замещенных полиметилсилоксанов для первапорационного выделения оксигенатов из сточных вод органических производств

Руководитель Борисов Илья Леонидович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева Российской академии наук , г Москва

Конкурс №24 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-206 - Нано- и мембранные технологии

Ключевые слова Мембранная технология, первапорация, термопервапорация, композиционные мембраны, замещенные полиметилсилоксаны, силиконовые каучуки, полимерные материалы, высокоселективные материалы, выделение оксигенатов, очистка сточных вод.

Код ГРНТИ61.13.19

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Оксигенаты являются загрязняющими веществами в стоках процесса Фишера–Тропша, нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. Существующие методы очистки сточных вод, такие как биоочистка, не выделяют оксигенаты, как продукт высокой добавочной стоимости, а утилизируют их микроорганизмами, что нецелесообразно с экологической и экономической точки зрения, поэтому существует проблема эффективного выделения и концентрирования оксигенатов, растворенных в реакционных и сточных водах органических производств. Поскольку оксигенаты представляют собой продукцию с высокой добавочной стоимостью, которую можно в дальнейшем использовать как органические растворители, высокооктановые присадки к моторным топливам, в качестве исходных соединений для получения бутадиена (а в дальнейшем бутадиенового каучука) и ряда фармацевтических препаратов. Первапорация является одним из наиболее перспективных методов выделения кислородсодержащих органических соединений из водных сред [Ezeji T.C. et. al. The Chemical Record, 4, 2004, 305–314]. Этот процесс может быть успешно применен для решения экологических задач на химических производствах. Одним из наиболее важных его применений может быть выделение оксигенатов из сточных вод органических производств. Подавляющее большинство научных работ по выделению кислородсодержащих органических соединений из воды методом первапорации посвящено изучению мембран на основе полисилоксанов. Из большого семейства силоксановых полимеров на практике применяются только два представителя этого семейства полидиметилсилоксан (ПДМС) и полиоктилметилсилоксан (ПОМС). Мембраны на основе ПДМС обладают более высокой проницаемостью за счет высокой подвижности полимерной цепи. В то же время для мембран ПОМС характерны большие по сравнению с ПДМС факторы разделения. Увеличение углеводородного фрагмента приводит к гидрофобизации материала, вследствие чего возрастает селективность сорбции органики по отношению к воде в материале мембраны [Börjesson, J., Karlsson, H. O., & Trägårdh, G. (1996). Journal of Membrane Science, 119(2), 229-239.]. Стоит отметить, что систематическое исследование влияния химической структуры боковой группы в замещенных полиметилсилоксанах на первапорационные свойства мембран, полученных на их основе отсутствует в литературе. Такие исследования лимитируются сложностью и многостадийностью синтеза этих материалов. Нами показана возможность синтеза мембранного материала на основе полиметилоктилсилоксана (ПОМС) по реакции гидросилилирования в одну стадию. [E.A.Grushevenko, I.L.Borisov, D.S.Bakhtin, S.A.Legkov, G.N.Bondarenko, A.V.Volkov. Petroleum Chemistry, 2017, Vol. 57, No. 4, pp. 334–340]. Новый принцип одностадийного синтеза силоксановых мембранных материалов заключается в проведении модификации и сшивки in situ, т.е. без стадии выделения полимера из реакционной массы между стадиями синтеза и сшивкой мембранного материала. Такой принцип позволит разработать методики синтеза, наработать и исследовать в процессе первапорации широкий круг известных и новых полимерных материалов за ограниченное время проведения проекта. В результате работы мы получим систематический массив данных, позволяющий провести закономерности между структурой полимера и его первапорационными свойствами. Подобные исследования до сих пор не проводились ни в России, ни за рубежом. Для того чтобы первапорация стала конкурентоспособным методом выделения оксигенатов из сточных вод органических производств, в ходе выполнения проекта будут решены следующие задачи: - Разработка методик синтеза широкого спектра мембранных материалов, на основе замещенных полиметилсилоксанов, без стадии разделения продуктов реакции между стадией синтеза полимера и сшивкой. - Систематическое исследование влияния химической структуры боковой группы в замещенных полиметилсилоксанах на первапорационные свойства мембран, полученных на их основе. - Получение лабораторных образцов высокопроизводительных композиционных мембран с повышенной селективностью к оксигенатам растворенных в водных средах с селективными слоями на основе замещенных полиметилсилоксанов. - Разработка теории конвективно-диффузионного транспорта в плоскорамных вакуумных и термоградиентных первапорационных мембранных модулях. Численно-аналитическое определение зависимости эффективности селективного массопереноса компонентов жидкой смеси в модельном модуле в широком интервале значений чисел Рейнольдса и Пекле. Лидирующие позиции научного коллектива в области первапорационного выделения кислородсодержащих органических соединений из водных сред, а также накопленный опыт позволяют говорить о высокой вероятности достижимости решения поставленных задач и возможности получения запланированных результатов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Борисов И.Л., Грушевенко Е.А., Подтынников И.А., Бахтин Д.С., Бондаренко Г.Н. Novel membrane materials based on Polybutadiene and polydimethylsiloxane for gas separation and hydrofobic pervaporation Petroleum Chemistry (год публикации - 2018)

2. Грушевенко Е.А., Подтынников И.А., Волков А.В., Борисов И.Л. Полиметилсилоксаны - органоселективные мембранные материалы ИНЭОС OPEN SELECT (2018 год, Москва, тезисы), с. 201-202 (год публикации - 2018)

3. Грушевенко Е.А., Князева А.А., Подтынников И.А., Шарова О.А., Борисов И.Л. Composite membrane material baed on polymethylsiloxane and Olefin for oxygenates removal from wastewater by pervaporation Сборник материалов VII международной конференции с элементами научной школы для молодежи "Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества" (г.Суздаль 1-5 октября 2018г), с. 96-97 (год публикации - 2018)

4. Грушевенко Е.А., Подтынников И.А., Волков В.В., Борисов И.Л. Subsisted polymethylsiloxane membrane for pervaporation oxygenates removal from water Euromembrane 2018 Book of abstracts, с. 164-165 (год публикации - 2018)

5. Подтынников И.А., Грушевенко Е.А., Голубев Г.С., Шарова О.А., Волков В.В., Борисов И.Л. Мембранные материалы на основе полиметилалкилсилоксанов с различной длиной бокового заместителя для первапорационного выделения оксигенатов из воды Сборник тезисов докладов XII Международной конференции молодых ученых по нефтехимии (17-21 сентября 2018 г., г.Звенигород.), с. 693-696 (год публикации - 2018)

6. Грушевенко Е.А., Князева А.А., Подтынников И.А., Шарова О.А., Борисов И.Л. Olefin-polymethylsiloxane membrane composition for oxygenates removal from wastewater by pervaporation Journal of Physics: Conference Series, 1134, 012017 (год публикации - 2018)
10.1088/1742-6596/1134/1/012017

7. Подтынников И.А., Грушевенко Е.А., Шарова О.А., Борисов И.Л. Влияние длины алкильного заместителя боковой цепи полиорганосилоксанов на эффективность первапорационного выделения МТБЭ из водных сред Юбилейная научная конференция ИНХС РАН. Программа. Сборник тезисов., с. 119 (год публикации - 2019)

8. Грушевенко Е.А., Подтынников И.А., Борисов И.Л. Высокоселективная первапорационная мембрана для выделения 1-бутанола из водных стоков Журнал Прикладной химии (год публикации - 2019)

9. Грушевенко Е.А., Подтынников И.А., Князева А.А., Шарова О.А., Анохина Т.С., Борисов И.Л. Membranes based on polyalkylmethylsiloxanes for selective removal of C5 and C6 alcohol from water Materials Science Forum, Volume 958 (год публикации - 2019)

10. Шарова О.А., Подтынников И.А., Борисов И.Л., Волков В.В Сравнение промышленных силоксановых мембран в процессе первапорационного выделения 1-бутанола из воды Экстракция и мембранные методы в разделении веществ: тезисы докладов международной конференции, посвящённой 90-летию со дня рождения академика Б. А. Пурина / под ред. чл.-корр. РАН Е. В. Юртова., с. 147 (год публикации - 2018)

11. Борисов И.Л., Грушевенко Е.А, Бахтин Д.С., Волков В.В., Волков А.В New polyalkylmethylsiloxanes for hydrocarbon separation 6th International Scientific Conference on Pervaporation, Vapor Permeation, Gas separation and Membrane Distillation. Programme Booklet., p.61-62 (год публикации - 2019)

12. Подтынников И.А., Грушевенко Е.А., Голубев Г.С., Волков В.В., Борисов И.Л. Removal of oxygenates from wastewater with polyalkylmethylsiloxane membranes by pervaporation 6th International Scientific Conference on Pervaporation, Vapor Permeation, Gas separation and Membrane Distillation. Programme Booklet., p.48-49 (год публикации - 2019)

13. Е.А.Грушевенко, И.А.Подтынников, А.А.Князева, О.А.Шарова, Т.С.Анохина, И.Л.Борисов Мембраны на основе полиалкилметилсилоксанов для селективного выделения спиртов С5 и С6 из водных сред Новые полимерные композиционные материалы. Микитаевские чтения: Материалы XV Международной научно-практической конференции., с. 154-157 (год публикации - 2019)

14. Борисов И.Л., Грушевенко Е.А., Подтынников И.А., Волков В.В., Волков А.В. Высокоэффективные композиционные мембраны на основе полиалкилметилсилоксанов для первапорационного выделения оксигентов из воды XVI Всероссийская научная конференция (с международным участием) МЕМБРАНЫ-2019 Сборник тезисов докладов, с. 214-216 (год публикации - 2019)

15. Подтынников И.А., Грушевенко Е.А., Шарова О.А., Борисов И.Л. Первапорационное выделение МТБЭ из воды с использованием полиалкилметилсилоксановых мембран XVI Всероссийская научная конференция (с международным участием) МЕМБРАНЫ-2019 Сборник тезисов докладов, с. 220-222 (год публикации - 2019)

16. Борисов И.Л., Грушевенко Е.А., Волков А.В. Влияние длины сшивающего агента на транспортные свойства мембран из полидецилметилсилоксана Мембраны и мембранные технологии, Т. 10, № 5 (год публикации - 2020)

17. А.Брунетти, П.Ф.Зито, И.Л.Борисов, Е.А.Грушевенко, В.В.Волков, А.В.Волков, Д.Барбери CO2 separation from humidified ternary gas mixtures using a polydecylmethylsiloxane composite membrane Fuel Processing Technology (год публикации - 2020)

18. Грушевенко Е.А., Борисов И.Л., Бахтин Д.С., Волков В.В., Волков А.В. Влияние сшивающего агента на газотранспортные свойства полиоктилметилсилоксана Мембраны и мембранные технологии, Т. 10. №5 (год публикации - 2020)

19. Борисов И.Л., Подтынников И.А., Грушевенко Е.А., Шарова О.А., Анохина Т.С., Макаев С.В., Волков А.В., Волков В.В. High selective composite polyalkylmethylsiloxane membranes for pervaporative removal of MTBE from water: Effect of polymer side chain Polymers (год публикации - 2020)

20. Грушевенко Е.А., Подтынников И.А., Шарова О.А., Анохина Т.С., Борисов И.Л. Influence of casting method on pervaporational performanses of polyheptylmethylsiloxane membranes Key Engineering Materials, Vol. 869, pp 51-55 (год публикации - 2020)
10.4028/www.scientific.net/KEM.869.51

21. Подтынников И.А., Грушевенко Е.А., Борисов И.Л., Шарова О.А. Recovery MTBE from water using high selective polyalkylmethylsiloxane composite membranes by pervaporation Моделирование мембранных процессов. Международная онлайн конференция, посвященная 60-летию профессора А.Н. Филиппова. Сборник тезисов. − Ставрополь: Логос, 2020. − 88 стр, c. 70-71 (год публикации - 2020)

22. Борисов И.Л., Голубев Г.С., Патрушева Е.В., Синеокий С.П. Intensification of acetone-butanol-ethanol fermentation via products recovery: thermopervaporation assisted by phase separation Chemical Engineering Transactions, 2018, V. 64, P. 43-48 (год публикации - 2018)
10.3303/CET1864008

23. Грушевенко Е.А., Подтынников И.А., Голубев Г.С., Волков В.В., Борисов И.Л. Polyheptylmethylsiloxane – novel material for oxygenates removal from water Petroleum Chemistry (год публикации - 2018)

Публикации