Полимеры – в дело!

Продолжаем рубрику «у нас» важным сообщением о достижении в борьбе за чистую воду. Молодые ученые из Института нефтехимического синтеза имени А. В. Топчиева (ИНХС) РАН создали новые мембраны на основе силиконовых каучуков для избирательного выделения ценных органических соединений из загрязненной воды.

Для этого они разработали новый метод получения мембран, при котором процессы синтеза и вулканизации каучука протекают одновременно непосредственно в ходе получения мембраны. Результаты работы можно будет использовать для очистки сточных и грунтовых вод от органических загрязнителей, в частности, от метил-третбутилового эфира. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда и опубликовано в журнале Polymers.

Выделение различных водорастворимых органических соединений из смесей с водой – задача, распространенная в промышленности, но отнюдь непростая, поскольку традиционный метод (дистилляция) – нерентабелен и не позволяет добиться нужной степени очистки воды. Экономичной альтернативой является 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 («боязнь» воды), уменьшает скорость проникания паров воды через них и повышает избирательность при разделении.

Удалось решить и проблему сложного процесса создания мембран. Сейчас он включает множество стадий, технически сложен и трудозатратен. Например, силиконы для разделительного слоя предварительно получают многоступенчатыми методами, которые включают в себя дополнительные стадии выделения и очистки полимера. После этого силиконы наносят на поверхность специальных мембран-подложек и подвергают химическому «сшиванию», подобно процессу вулканизации резины в производстве автомобильных покрышек. Только в конце большого числа сложных операций получают композиционную мембрану, готовую для использования в процессах разделения.

В выполненной работе предложен простой метод одностадийного получения мембран, при котором 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 – полиметилгидросилоксан – побочный продукт кремнийорганического производства силиконовых герметиков; альфа-олефины – крупнотоннажные продукты нефтехимии и «старшие родственники» этилена и пропилена; 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, — прокомментировал Илья Борисов, один из авторов статьи, руководитель проекта по гранту РНФ, лауреат премии Правительства Москвы, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории полимерных мембран ИНХС РАН.

В общем, у Архангельска и р. Северная Двина появился шанс победить сбросы неочищенной хозфекальной канализации за счет современных технологий. Причем, поскольку производство мембран не такое трудозатратное как ранее, то малыми средствами.

По материалам https://rscf.ru/news/presidential-program/vsye-v-odnu-stadiyu-uchenye-uprostili-poluchenie-slozhnykh-membran-dlya-ochistki-stochnykh-i-gruntov_2/