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.
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.
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.