Химики-технологи из РХТУ им. Д.И.Менделеева и Нижегородского государственного университета создали и отработали технологию улавливания углекислого газа (CO2) из газового потока с помощью новых мембран с улучшенной проницаемостью. Разработка обладает большим экономическим и экологическим потенциалом: она может применяться в процессах очистки природного газа от примесей. Результаты исследования были опубликованы в высокорейтинговом журнале Membranes (Q1).

CO2 — это основная примесь, содержащаяся в природном газе. Чем больше примесей, тем меньше энергии можно получить от сжигания топлива, тем больше изнашивается газовое оборудование.  Среди них металлоорганические каркасные структуры, графен и его оксид, иммобилизированные ионные жидкости и другие. В новом исследовании ученые остановили свой выбор на полимерных ионных жидкостях.

«Полимерные ионные жидкости ― это уникальные объекты, которые создают большой спектр возможностей для удаления газов из различных сред. Новая разработка может быть использована в самых разных сферах, позволяя добиваться лучшего результата в улавливании углекислого газа и заметно сокращать издержки, в том числе ― износ оборудования. Сегодня выделением углекислого газа методом мембранного газоразделения занимаются многие научные группы как в России, так и за рубежом, так как проблема очистки газовых смесей от углекислого газа стоит достаточно остро», ― рассказал Илья Воротынцев, и.о. ректора РХТУ им. Д.И. Менделеева.

Создаваемые учеными мембраны во многом имитируют процессы, происходящие в живой природе ― например, фильтрацию крови в почках или газообмен в легких. Таким же образом можно применять мембраны для разделения веществ в жидких и газообразных средах. Исследования, которые проводит научная группа РХТУ им. Д.И. Менделеева при участии коллег из Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского, посвящены созданию новых мембранных материалов для разделения газов. 

«Углекислый газ необходим для проведения процесса фотосинтеза в растениях, в результате биохимических реакций при участии CO2 образуются органические соединения — строительные блоки всего живого, а также выделяется кислород. Нормальное содержание углекислого газа в атмосфере не дает Земле замерзнуть в космосе и аккумулирует тепловую энергию. Однако все хорошо в меру: ученые всего мира сейчас работают над способами уменьшения выбросов CO2. Но кроме глобальной миссии по сохранению климата Земли мы ориентировались и на реальные экономические потребности нашей страны», — отметила заведующая лабораторией ионных материалов Новомосковского института РХТУ им. Д.И. Менделеева Ольга Казарина.

Полимерные ионные жидкости по факту представляют собой твердые при обычных условиях вещества. Это полимеры — такие же, как, например, полиэтилен или поливинилхлорид. По словам Ольги Казариной, разница в том, что каждое звено полимерных ионных жидкостей — само по себе ионное соединение, и при температуре до 100℃ является жидкостью. 

«В свое время ионные жидкости произвели настоящий фурор в области выделения CO2 благодаря своей способности избирательно и в больших количествах растворять этот газ. Но из жидкости не получить то, что мы можем назвать мембраной — пленку или полое волокно. Мембранщики, в том числе ученые из Нижнего Новгорода, пытались этой жидкостью наполнять поры в мембранах пористого типа, но оказалось, что в процессе она просто вытекает. Полимерные ионные жидкости уникальны тем, что, с одной стороны, сохраняют способность к селективному взаимодействию с CO2, а с другой — позволяют получить стабильные материалы любой формы», — рассказала о преимуществах новой технологии Ольга Казарина.           

В настоящий момент ведется практическая работа по созданию материалов на основе новых мембран для применения в реальных производственных процессах.