Ученые из Татарстана разработали полимерные мембраны для эффективного разделения водно-спиртовых смесей. Подход вдвое дешевле классических методов дистилляции, но при этом очень эффективен. Он позволяет выделить изопропиловый спирт с концентрацией до 99,5% из его водного раствора. Статья опубликована в журнале Polymers.
Исследователи из КНИТУ-КХТИ (Казань) на протяжении трех лет занимаются созданием высокопроизводительных полимерных мембран для обезвоживания спиртов. Мембраны представляют собой нанесенный на поверхность пористой подложки селективный полимерный слой. Разделение жидкостей происходит за счет пропускания паров одного типа через мембрану и последующей конденсации. Такая технология называется первапорационной и позволяет преодолеть азеотропные точки при дегидратации растворителей — состояние системы внутри установки, когда состав разделяемой смеси и газа над ней будет одинаковым. Кроме того, она обеспечивает более производительное и дешевое получение продуктов максимальной степени чистоты по сравнению с ректификацией, традиционно используемой для этих целей.
«Лимитирующим фактором внедрения первапорационной технологии в промышленность является отсутствие устойчивых к термическим и механическим воздействиям мембран с высокими сепарационными характеристиками. Мы надеемся, что наши разработки смогут стать основой производства таких мембран в России», — говорит руководитель проекта по гранту РНФ Ильсия Давлетбаева.
Для создания селективного полимерного слоя исследователи выбрали полиуретаны, широко используемые в машиностроении и промышленности. Особенность материалов заключается в их иономерной природе, так как полимеры содержат катионы аммония и фосфат-анионы. Присутствующие в составе полимерной матрицы фосфат-анионы объединяются в кластеры и формируют протон-проводящие каналы, обеспечивающие интенсивное продвижение молекул воды. Химическое строение полиуретанов обуславливает их высокую прочность и термостойкость.
Результаты лабораторных исследований показали, что иономерные фосфорорганические мембраны позволяют избирательно удалять до 96% воды из водно-спиртовой смеси. Теперь ученые планируют создать пилотный образец мембраны для испытаний на промышленном мембранном модуле.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
