http://www.ras.ru/news/shownews.aspx?id=68b8d52f-eac2-45a1-9010-66d2d4d8b867&print=1
© 2020 Российская академия наук

Каучуковые мембраны помогли получить из сточных вод добавки для моторного топлива

03.02.2020



Молодые ученые Института нефтехимического синтеза имени А. В. Топчиева (ИНХС) РАН разработали новый способ выделения химических загрязнителей из стоков нефтехимических и фармацевтических производств. Они создали в 3 раза более эффективные полимерные мембраны, не требующие больших затрат на производство. Выделенные вещества можно будет использовать как добавки к моторным топливам для повышения их качества. Исследования поддержаны грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда.

В сточные воды нефтехимических производств и фармацевтики попадает большое количество содержащих кислород органических веществ — спиртов и простых эфиров. Эти соединения называются оксигенатами, они токсичны для человека и могут нанести вред окружающей среде. Так, бутиловый спирт используют в качестве промышленного и бытового растворителя, а также сырья для изготовления фармацевтических препаратов и других органических веществ. Стоки производства этого спирта содержат от 15–20 грамм на литр оксигенатов и требуют очистки. С другой стороны, оксигенаты можно использовать в качестве добавок к моторным топливам, тем самым повышая их качество. Например, бензин с такой присадкой расходуется медленнее, а при сгорании образует меньше выхлопных газов. Кроме того, эти вещества применяют в качестве органических растворителей или сырья для производства фармацевтических препаратов.

Сегодня выделение оксигенатов из сточных вод требует слишком больших затрат, поэтому их «скармливают» специально выращенным микроорганизмам, после чего очищенную воду сбрасывают в водоемы. Однако разработка ученых из ИНХС РАН может изменить этот расклад. Исследователи предложили простой способ выделения оксигенатов из воды методом первапорации — испарения с помощью специальной мембраны, через которую газообразные спирты и эфиры проникают быстрее, чем вода. Оксигенаты можно будет выделять при температуре менее 60 °С, что не требует много энергии. Кроме того, этот процесс полностью экологичен.

Использование фильтров при разделении жидкостей распространено довольно широко, и эффективность этого процесса зависит от выбранных материалов. Для этих целей сотрудники ИНХС РАН создали новую двухслойную мембрану, состоящую из пористой полимерной подложки и тонкого непористого разделительного слоя толщиной всего 5 тысячных долей миллиметра. В качестве подложки использовали отечественную микрофильтрационную мембрану МФФК-1 (изготовленную ЗАО НТЦ «Владипор»), которая благодаря своим отличным транспортным и поверхностным характеристикам позволила максимально раскрыть свойства материала разделительного слоя — полидецилметилсилоксана — нового каучука, синтезированного в ИНХС. В лаборатории на примере очистки вод, загрязненных бутиловым спиртом, ученые показали, что разработанная мембрана обладает в 3 раза более высокой эффективностью разделения, чем все известные промышленные аналоги.

«В отличие от мировых производств, выпускающих подобные мембраны, мы предлагаем одностадийный малозатратный процесс. Мы смешиваем дешевые коммерчески доступные реагенты, катализатор и растворитель, наносим раствор тонким слоем на подложку и в итоге получаем высокоэффективный композиционный “фильтр”. Разработанные мембраны не только позволяют выделять оксигенаты из сточных вод, но могут быть использованы и для разделения нефтяных и попутных газов. Это актуально для нашей страны, занимающей лидирующие позиции в добыче природного газа», — комментирует руководитель проекта Илья Борисов, лауреат премии Правительства Москвы, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории полимерных мембран ИНХС РАН.

 (jpg, 22 Kб)

Картинка 1: испарение стоков нефтехимических производств с использованием специальной мембраны позволит получать очищенную воду и высокооктановые присадки для бензина. Источник: Grushevenko et al. / Russ. J. Appl. Chem., 2020.

(jpg, 43 Kб)

Картинка 2: фото поперечного сечения разработанной мембраны, сделанное с помощью сканирующего электронного микроскопа (справа). Рисунок предоставлен авторами работы. Источник: Grushevenko et al. / Russ. J. Appl. Chem., 2020.