Химики создали новую гибридную мембрану для выделения экологически чистого топлива

18.10.2018



Российские ученые из Института химии СПбГУ совместно с коллегой из Чехии создали новый материал в виде гибридной мембраны, которую можно использовать для выделения и очистки водорода. Этот газ служит альтернативным источником энергии, и его использование в качестве топлива может решить проблему ограниченности природных ресурсов. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Статья опубликована в журнале Polymers.

Нефть, каменный уголь, природный газ и ряд других видов топлива представляют собой ресурсы, количество которых ограничено, поэтому ученые разрабатывают альтернативные источники энергии. Использование водорода в качестве топлива не ухудшает состояние окружающей среды, поскольку единственный продукт его сгорания – вода. Однако для широкого использования водорода необходимо создать эффективные технологии его выделения и очистки. Авторы статьи разработали новую мембрану с улучшенными транспортными свойствами, которая позволит более избирательно разделять газовые смеси на практически значимые газы и очищать их.

Разделение веществ с использованием мембраны (полупроницаемой перегородки) имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными аналогами: оно более экологично, энергоэффективно и экономично. Сегодня мембранное газоразделение широко применяется на химических и нефтехимических предприятиях.

Технология мембранного газоразделения основана на различной проницаемости мембраны для отдельных компонентов смеси. Матрицей для создания мембран, представленных в статье, служат ароматические полиимиды, обладающие уникальными газоразделительными свойствами. Эти свойства можно улучшить путем создания гибридных мембран, которые состоят из наночастиц, внедренных в полимерную матрицу.

Российские химики создали новую гибридную мембрану, где в качестве наполнителя матрицы использовались специфические углеродные частицы – наноалмазы. Композиты полимер-наноалмазы получали путем первоначального измельчения порошков полимера и модификатора, смешанных в соответствующих массовых пропорциях, растворения полученной смеси в амидном растворителе, фильтрования раствора для удаления примесей с последующей отливкой гомогенных мембран.

«Наноалмазы привлекают особое внимание ввиду их химической стабильности и поверхностной активности, что обусловлено наличием на их поверхности различных функциональных групп», – пояснил Александр Тойкка, соавтор работы, профессор кафедры химической термодинамики и кинетики Института химии СПбГУ. Сравнив транспортные свойства мембраны, ученые показали, что наибольшей избирательностью для водорода обладает гибридная мембрана, содержащая наноалмазы. Таким образом, ее можно более выгодно использовать для разделения газовой смеси на компоненты, чем мембрану, состоящую только из полимерной матрицы.

«В данном исследовании осуществлена успешная попытка создать новый материал в виде гибридной мембраны, которая в дальнейшем может быть применена для высокоэффективной очистки водорода, в том числе при его выделении из природного газа. Таким образом, разработанные материалы решают сразу несколько задач: получение топлива нового поколения энергосберегающим мембранным методом и повышение качества природного газа путем удаления взрывоопасных примесей», – отметила Александра Пулялина, соавтор статьи, доцент кафедры химической термодинамики и кинетики Института химии СПбГУ.

(jpg, 54 Kб)

Мембрана на основе композита полимер-наноалмазы для процессов газоразделения.

(jpg, 47 Kб)

Схема установки по газоразделению.

Пресс-служба Российского научного фонда

Фото Валерия Ростовцева

©РАН 2018