"Химики разработали новые мембраны на основе полиакрилонитрила, чтобы очищать органические растворители, которые используют при создании пластмасс, пестицидов и фармацевтических субстанций. Ученым удалось повысить химическую стойкость мембран при помощи нетривиального подхода - обработкой инфракрасным излучением, при котором "вулканизация" полиакрилонитрила протекает очень быстро с минимальными энергозатратами, а мембраны не растворяются в органических жидкостях, как это происходит сегодня", – говорится в сообщении.
Очищение отработанных органических растворителей для их повторного использования или выделение из них продуктов химического синтеза – важные для нефтехимии и фармацевтики задачи. Однако зачастую температуры кипения таких жидкостей гораздо выше 100 °С. В результате традиционные методы очистки (например, дистилляция) энергозатратны, требуют дорогого химически стойкого оборудования из-за агрессивности разделяемых сред, либо вообще непригодны из-за неустойчивости растворенных компонентов.
Экономичной альтернативой этому методу выступает мембранная фильтрация. При этом процессе загрязняющие частицы или, наоборот, целевые компоненты задерживает мембрана, а растворитель проникает через нее. Тем не менее существующие мембраны обычно просто растворяются в органических жидкостях. Например, дешевый полимер, из которого получают мембраны для фильтрации водных сред, – полиакрилонитрил (ПАН).
Процесс изготовления из ПАН очень гибок и позволяет получить мембрану с нужными свойствами. Однако прямая эксплуатация таких мембран для фильтрации органических растворителей невозможна. Для повышения устойчивости в настоящее время ученые обрабатывают их специальным образом – методом химического "сшивания" макромолекул ПАНа, подобно процессу вулканизации резины. Для этого мембраны долго нагревают, вплоть до 300 градусов, либо добавляют разные сшивающие агенты типа токсичного гидразин-гидрата.
Устойчивый мембраны для нефтехимии
В качестве альтернативного способа повышения устойчивости ученые из ИНХС РАН предложили модифицировать мембраны из ПАНа, нагревая их инфракрасным излучением. Это электромагнитное излучение с длиной волны от 0,75 микрометра до 1 миллиметра лежит в основе работы приборов ночного видения и тепловизоров. В результате такой обработки между цепями ПАНа возникают поперечные химические связи, которые не позволяют мембране растворяться в органической среде. В то же время ее пористая структура практически не изменяется, сохраняя требуемые разделительные свойства.
По словам руководителя исследования, старшего научного сотрудника Института нефтехимического синтеза им. Топчиева (ИНХС) РАН Алексея Юшкина, такой процесс очень прост в технической реализации. В ходе исследования ученые показали, что всего за 5 минут нагрева ИК-излучением до 170 градусов, можно получить мембраны, которые перестают разрушаться в жестких промышленных органических растворителях.
"При этом они стабильно работают в процессе фильтрации этих растворителей при давлениях до 30 атмосфер. Это открывает широкие возможности использования таких мембран в различных нефтехимических производствах, в частности для выделения высокомолекулярных компонентов типа асфальтенов, из нефтей, или для извлечения ценных гомогенных катализаторов из реакционных сред нефтепереработки", – объяснил Юшкин.
Результаты исследования опубликованы в журнале Reactive and Functional Polymers.
