Новости

29 июня, 2020 07:25

«Всё в одну стадию»: ученые упростили получение «сложных» мембран для очистки сточных и грунтовых вод

Молодые ученые из Института нефтехимического синтеза имени А. В. Топчиева (ИНХС) РАН создали новые мембраны на основе силиконовых каучуков для избирательного выделения ценных органических соединений из загрязненной воды. Для этого они разработали новый метод получения мембран, при котором процессы синтеза и вулканизации каучука протекают одновременно непосредственно в ходе получения мембраны. Результаты работы можно будет использовать для очистки сточных и грунтовых вод от органических загрязнителей, в частности, от метил-третбутилового эфира. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда и опубликовано в журнале Polymers.
Фото взято из открытых источников
Ilya Borisov et al. // Polymers, 2020
3 / 4
Фото взято из открытых источников
Ilya Borisov et al. // Polymers, 2020

Выделение различных водорастворимых органических соединений из смесей с водой – задача, распространенная в промышленности, но отнюдь непростая, поскольку традиционный метод – дистилляция – нерентабелен и не позволяет добиться нужной степени очистки воды.

Экономичной альтернативой является первапорация – мембранный процесс, при котором пары органических соединений проникают через селективную мембрану быстрее, чем пары воды. «Сердцем» мембраны служит тонкий полимерный непористый слой на ее поверхности, который обеспечивает эту разницу в скорости. Силиконовые каучуки – наиболее подходящие материалы для получения таких слоев, поскольку обладают высокой химической стойкостью и стабильностью во времени. Однако существующие мембраны, в том числе и промышленные, не позволяют достаточно эффективно разделять водно-органические смеси.

В качестве решения ученые из ИНХС РАН предложили использовать новые силиконовые полимеры, в которых к основной цепи привиты длинные углеводородные «хвосты» с числом атомов углерода от 7 до 10. Такая химическая структура полимера обеспечивает высокую гидрофобность мембран («боязнь» воды), уменьшает скорость проникания паров воды через них и повышает избирательность при разделении.

Существующий процесс получения промышленных силиконовых мембран включает множество стадий, технически сложен и трудозатратен. Например, силиконы для разделительного слоя предварительно получают многоступенчатыми методами, которые включают в себя дополнительные стадии выделения и очистки полимера. После этого силиконы наносят на поверхность специальных мембран-подложек и подвергают химическому «сшиванию», подобно процессу вулканизации резины в производстве автомобильных покрышек. Только в конце большого числа сложных операций получают композиционную мембрану, готовую для использования в процессах разделения.

Как упростить получение таких мембран и использовать их для разделения водно-органических сред? Участникам научного коллектива удалось решить эту задачу.

В выполненной работе предложен простой метод одностадийного получения мембран, при котором на поверхность подложек наносится тонкий слой реакционной массы, в которой образование полимера и его «сшивание» протекают одновременно без промежуточных этапов. В качестве исходных реагентов ученые использовали дешевые и коммерчески доступные вещества – полиметилгидросилоксан – побочный продукт кремнийорганического производства силиконовых герметиков; альфа-олефины – крупнотоннажные продукты нефтехимии и «старшие родственники» этилена и пропилена; углеводороды с несколькими двойными связями для вулканизации силиконов.

«Простота синтеза силиконовых каучуков предложенным методом позволяет «играючи» изменять количество атомов углерода в составе групп, привитых к основной полимерной цепи, от одного до четырнадцати, что позволяет «тюнинговать» мембраны для селективного выделения тех или иных веществ из воды. Таким образом можно оптимизировать свойства мембран под конкретную задачу. Например, при помощи силиконовых мембран нам удалось избирательно извлечь из водных растворов метил-третбутиловый эфир со степенью разделения, превосходящей все существующие мировые аналоги. Это открывает широкие возможности использования этих мембран для выделения органических загрязнителей из сточных вод», — прокомментировал Илья Борисов, один из авторов статьи, руководитель проекта по гранту РНФ, лауреат премии Правительства Москвы, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории полимерных мембран ИНХС РАН.

26 ноября, 2020
Разработаны более эффективные противогрибковые средства на основе флуконазола
Российские ученые синтезировали новые противогрибковые средства на основе известного лекарства «Флук...
24 ноября, 2020
Российские геофизики впервые изучили строение почвы на наноуровне
Даже небольшой образец почвы может многое рассказать: насколько плодородной она может быть, какие пр...