Производство «сложных» мембран для очистки воды удалось упростить

2 июля 2020
52

Исследователи из Института нефтехимического синтеза имени А. В. Топчиева (ИНХС) РАН с помощью нового метода создали новые мембраны на основе силиконовых каучуков для избирательного выделения ценных органических соединений из загрязненной воды. Работа ученых опубликована в журнале Polymers.

Традиционный метод выделения органических соединений из смесей с водой – дистилляция – нерентабелен и не позволяет добиться нужной степени очистки воды. Экономичной альтернативой ей может служить 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, 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. Российские ученые предложили простой метод создания мембраны в одну стадию. 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. Это, в частности, полиметилгидросилоксан – побочный продукт кремнийорганического производства силиконовых герметиков, альфа-олефины – «старшие родственники» этилена и пропилена, а также 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», — отметил один из авторов статьи, руководитель проекта по гранту Российского научного фонда, ведущий научный сотрудник лаборатории полимерных мембран ИНХС РАН Илья Борисов.