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