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.

Картинка: испарение стоков нефтехимических прои...

Картинка: 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

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.

Картинка: фото поперечного сечения разработанно...

Картинка: 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

«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.