КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 18-79-10260

НазваниеСоздание нового поколения асимметричных фильтрационных мембран из полиакрилонитрила последовательным формированием пористой структуры подложечного и селективного слоя

РуководительЮшкин Алексей Александрович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2021 - 06.2023

Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными (30).

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-206 - Нано- и мембранные технологии

Ключевые словаКомпозиционная мембрана, асимметричная мембрана, инверсия фаз, осаждение в парах осадителя, осаждение нерастворителем, полиакрилонитрил, ПАН, нанофильтрация, ультрафильтрация, апротонный растворитель, ИК-излучение, модификация, сшивка, полимер, температура

Код ГРНТИ61.13.19

СтатусУспешно завершен

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В ходе выполнения трехлетнего проекта РНФ была впервые показана возможность создания фильтрационных мембран путем послойного формование из одного и того же полимерного материала. Разработанная методика позволила независимо регулировать структуру и характеристики отдельных слоёв мембраны для достижения требуемых эксплуатационных и разделительных характеристик. В качестве мембранного материала был выбран полиакрилонитрил (ПАН). Проблема сохранения пористой структуры на стадии формования последующего слоя была решена за счет химической модификации ПАН в результате внутримолекулярных превращений. Использование инфракрасного (ИК) излучения позволило снизить температуру (с 220 до 170°С) и время (с 6 часов до 5 минут) обработки с целью получения мембран, нерастворимых в апротонных растворителях, используемых для приготовления формовочных растворов на основе ПАН. В работе было детально изучено влияние метода осаждения (инверсия фаз за счет контакта с жидким осадителем (NIPS) или за счет контакта с парами осадителя (VIPS)), природы растворителя (ДМФА, ДМСО и НПМ), молекулярной массы ПАН и его концентрации (9-24 мас.%) на морфологию и разделительные свойства получаемых мембран. В результате были подобраны условия для получения подложечного слоя с производительностью по воде не менее 200 л/м2*час*атм и механической прочностью 2,3-3,5 МПа. Далее в зависимости от условий формования наносился второй тонкий слой, который обеспечивал значение отсечения растворенных компонентов на уровне 1800г/моль (размер пор 3,5-9 нм). Однако, одной из наиболее актуальных задач в области создания фильтрационных мембран является снижение осадкообразования и засорения поверхности мембран в процессе их длительной эксплуатации. В этой связи продолжение данного проекта будет направлено на формирование двухслойных фильтрационных мембран с повышенной устойчивостью к засорению. Для решения данной задачи будут использоваться различные способы химической и физической модификации мембран, такие как использование сополимеров, прививка функциональных групп на поверхности мембраны, химическая модификация поверхности, нанесение покрытие, внедрение добавок в материал. В ходе выполнения проекта будет разработан метод сополимеризации акрилонитрила и акриловой кислоты. Ожидается, что полученный сополимер будет обладать более выраженными гидрофильными свойствами, что поможет решить задачу по уменьшению засорения мембран в процессе фильтрации. Будут проведены исследования по созданию мембран из полученных сополимеров, а также по нанесению данных сополимеров в качестве селективного слоя многослойных мембран. Это позволит оптимизировать параметры формования мембран с использованием полученных сополимеров с целью получения мембран с желаемыми характеристиками, такими как размер пор и проницаемость. Будет разработана методика химической модификации поверхности полимера путём термообработки в комбинации с ИК-излучением при температурах до 300°C на воздухе. Идея метода заключается в присутствии кислорода, который изменяет механизм термических превращений в полимере. С одной стороны, взаимодействие кислорода и третичного водорода полимерной цепи приводит к частичному окислению ПАН, с другой стороны, кислород инициирует процесс циклизации молекул полимера, что может снизить температуру термообработки, либо сократить ее продолжительность для формирования сшитой структуры мембраны. Так могут наблюдаться конкурирующие процессы одновременного формирования системы –C=N– и –С=С– сопряжения, при этом полученный пиролизованный полимер будет частично окисленным, что способствует повышению его гидрофильности. В рамках данной работы будет изучено влияние ИК-излучения на процесс модификации ПАН и его сополимеров в зависимости от разного содержания кислорода в газовой фазе. ИК-нагрев представляет собой процесс глубокого воздействия на физико-химическую природу облучаемого материала. Для изменения свойств верхнего селективного слоя с целью снижения его способности к засорению будут использован ряд углеродсодержащих наполнителей различной пористой природы и геометрии - оксид графена, наноалмазы детонационного синтеза и высокопористые углеродные частицы на основе пиролизованного полиакрилонитрила. Каждый из компонентов обладает своими уникальными физико-химическими свойствами. Так, оксид графена представляет собой монослойную углеродную структуру толщиной в один атом, содержащую C-O-C, C=O и –OH группы. Наибольший интерес наноалмазы (непористый наполнитель) представляют с точки зрения возможности присоединения различных функциональных групп на их поверхность. Кроме этого в рамках данного проекта наноалмазы удобны тем, что представляют собой унифицированные по размеру углеродные частицы (~ 5 нм). В свою очередь высокопористый углеродный материал ИК-ПАН-а является по сути активированным углеродом на основе пиролизованного полиакрилонитрила с удельной площадью поверхности ~ 2500 м2/г, содержащим на своей поверхности большое количество C-O-C и C=O групп. Внедрение данного материала в качестве наполнителя для нанесения селективного слоя может привести к повышению проницаемости мембраны и повышению разделительных свойств за счёт высокой пористости и разветвлённой поверхности. На всех этапах проекта потребуется проведение исследований поверхностных свойств мембран, таких как заряд поверхности и угол смачивания. Исследование поверхности будет дополнено исследованием мембранных свойств в том числе засорения мембран для установления связи поверхностных свойств с устойчивостью к засорению. Будут проведены исследования характеристик полученных мембран в процессе фильтрации растворов нефти с высоким содержанием нефти в толуоле, а также растворов мазута в толуоле. Будет проведена оценка засорения мембран при разделении таких систем, а также проведена оценка методов регенерации мембран.

Ожидаемые результаты
В ходе выполнения проекта будут разработан метод полимеризации акриловой кислоты в водной среде. Учитывая имеющийся опыт в синтезе полиакрилонитрила в водной среде в присутствии окислительно-восстановительной системы, оба метода будут адаптированы для проведения сополимеризации акрилонитрила и акриловой кислоты. Ожидается, что полученный сополимер будет обладать более выраженными гидрофильными свойствами, что поможет решить новую задачу по уменьшению загрязнения мембраны в процессе фильтрации. Будут проведены исследования по созданию мембран из полученных сополимеров, а также по нанесению данных сополимеров в качестве селективного слоя многослойных мембран. Это позволит оптимизировать параметры формования мембран с использованием полученных сополимеров с целью получения мембран с желаемыми характеристиками, такими как размер пор и проницаемость. Будет разработан способ нанесения гидрофильного слоя на поверхности мембраны путём полимеризации акриловой кислоты непосредственно на поверхности мембраны. Ожидается, что данный способ позволит получить равномерный тонкий гидрофильный слой на поверхности мембраны, который будет иметь высокую стойкость в процессе фильтрации. Высокая гидрофильность такого слоя позволит снизить засорение мембраны, а за счёт возможности создания тонкого слоя на снеках пор при оптимизации размеров пор мембраны позволит повысить фильтрационные характеристики мембраны. Будет разработана методика химической модификации поверхности полимера путём термообработки в комбинации с ИК-излучением при температурах до 300°C на воздухе. Идея метода заключается в присутствии кислорода, который изменяет механизм термических превращений в полимере. С одной стороны, взаимодействие кислорода и третичного водорода полимерной цепи приводит к частичному окислению ПАН, с другой стороны, кислород инициирует процесс циклизации молекул полимера, что может снизить температуру термообработки, либо сократить ее продолжительность для формирования сшитой структуры мембраны. Так могут наблюдаться конкурирующие процессы одновременного формирования системы –C=N- и –С=С- сопряжения, при этом полученный пиролизованный полимер будет частично окисленным, что способствует повышению его гидрофильности. Ожидается, что будет получена структура обработанного ПАН, содержащего на поверхности карбонильные и гидроксильные группы. Таким образом, в зависимости от газовой атмосферы, в которой проводится процесс сшивки мембраны (воздух или инертная среда) могут быть сформированы материалы с различными свойствами. В ходе исследований по термообработке в кислородсодержащей атмосфере, будут проведены исследования по обработке многослойных мембран, где подложечный слой был предварительно обработан в инертной атмосфере. В ходе обработки в инертной атмосфере первого слоя в нём формируется система полисопряжения. При дальнейшей обработке в присутствии кислорода данные системы могут подвергаться дополнительной модификации с формированием межцепных связей и появлением функциональных групп, отличных от наблюдаемых при обработке исходного полимера. Использование ИК-нагрева для процессов термообработки ПАН мембран является одним из перспективных методов. Физическая сущность ИК-нагрева объясняется волновой природой электромагнитного поля и связана с интенсификацией процессов, вследствие резонансного воздействия поглощаемой энергии на связи атомов в молекулах, частоты колебаний которых совпадают, или кратны частоте падающего излучения. Следует учитывать, что ИК-нагрев представляет собой процесс глубокого воздействия на физико-химическую природу облучаемого материала. Таким образом, в рамках данной работы будет изучено влияние ИК-излучения на процесс модификации ПАН и его сополимеров в присутствии кислорода. Будут разработаны методики введения в полиакрилонитрил дополнительного углеродного компонента. В качестве углеродного компонента предлагается использовать оксид графена, наноалмазы детонационного синтеза и высокопористые углеродные частицы на основе пиролизованного полиакрилонитрила. Каждый из компонентов обладает своими уникальными физико-химическими свойствами. Так, оксид графена представляет собой монослойную углеродную структуру толщиной в один атом, содержащую C-O-C, C=O и –OH группы. Наноалмазы являются постоянным объектом для исследований. Наибольший интерес данный материал представляет с точки зрения возможности присоединения различных функциональных групп на их поверхность. Кроме этого в рамках данного проекта наноалмазы удобны тем, что представляют собой унифицированные по размеру углеродные частицы (~ 5 нм). В свою очередь высокопористый углеродный материал ИК-ПАН-а является по сути активированным углеродом на основе пиролизованного полиакрилонитрила с удельной площадью поверхности ~ 2500 м2/г, содержащим на своей поверхности большое количество C-O-C и C=O групп. Внедрение данного материала в качестве наполнителя для нанесения селективного слоя может привести к повышению проницаемости мембраны и повышению разделительных свойств за счёт высокой пористости и разветвлённой поверхности. Данные углеродные материалы могут быть дополнительно функционализированы различными функциональными группами, такими как –OH, C=O, O-C=O, -COOH, что придаст материалам дополнительные гидрофильные свойства. Для внедрения таких частиц потребуется разработать методы создания формовочных растворов с диспергированными в них частицами. Для получения максимального эффекта от внедрения подобных частиц в полимерную матрицу необходимо на этапе формовочного раствора обеспечить максимальное диспергирование частиц в растворе и предотвращение их агрегирования до момента формования. С одной стороны, увеличение концентрации позволяет добиться более существенного влияния на мембранные свойства, с другой слишком высокая концентрация наполнителя может привести к ухудшению мембранных свойств. Одновременно, повышение концентрации частиц может способствовать их агрегированию. Таким образом, при внедрении таких частиц требуется провести исследования влияния концентрации частиц на свойства получаемых мембран в широком диапазоне концентраций. На всех этапах проекта потребуется проведение исследований поверхностных свойств мембраны, таких как заряд поверхности и угол смачивания. Кроме того, исследование поверхности должно быть дополнено исследованием мембранных свойств в том числе засорения мембран в процессе фильтрации растворов различного состава для установления связи поверхностных свойств с устойчивостью к засорению. Для этого будут проведены исследования характеристик полученных мембран в процессе фильтрации растворов нефти с высоким содержанием нефти в толуоле, а также растворов мазута в толуоле. Будет проведена оценка засорения мембран при разделении таких систем, а также проведена оценка методов регенерации мембран.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В рамках проекта была поставлена задача повышения гидрофильности мембранного материала для использования его в отделении высокомолекулярных компонентов нефти, где необходимо снижать засорение мембран. В качестве одного из подходов к получению мембран с высокой стойкостью к засорению предложено синтезировать сополимер акрилонитрила и акриловой кислоты (ПАНАК). Это позволит создать мембранный материал, сохраняющий механическую прочность и устойчивость к набуханию полиакрилонитрила (ПАН), а также обладающий гидрофильными свойствами за счет карбоксильных групп, содержащихся в мономерных звеньях акриловой кислоты (АК). В процессе синтеза сополимеров ПАНАК показано, что с увеличением концентрации инициаторов происходило снижение молекулярного веса сополимера при одновременном увеличении выхода. Были получены сополимеры акрилонитрила (АН) и акриловой кислоты (АК) с содержанием последней до 10%. Также была синтезирована полиакриловая кислота (ПАК), которая была использована для получения двухслойной мембраны, где первый слой был получен из ПАН, а второй слой – из ПАК. Исследование мембран, полученных из синтезированных сополимеров, показало, что уменьшение молекулярной массы способствует повышению проницаемости образцов, при меньшем размере пор. В частности, получены мембраны, имеющие проницаемость 106-163 л/(м2·ч·атм) и размер пор 32-55 нм. Увеличение доли акриловой кислоты приводило к увеличению размера пор и проницаемости полученных мембран. Полученные мембраны из ПАН и ПАНАК были подвергнуты ИК-обработке при различной температуре. Установлено, что в результате обработки происходит гидрофобизация поверхности – увеличение температуры ИК-обработки приводило к увеличению шероховатости поверхности и, как следствие, к увеличению краевых углов смачивания на 5 градусов при обработке в инертной атмосфере и на 10 градусов при обработке на воздухе. Для различных сополимеров эффект от обработки был практически идентичен. Аналогичный эффект ранее наблюдался при исследовании поверхностных свойств ИК-модифицированных ПАН мембран. С другой стороны, добавление АК способствует существенной гидрофилизации поверхности мембран. Для сополимеров в которых доля АК звеньев составляла 10% краевой угол смачивания был на 20-25° ниже чем для ПАН мембран, что связано с гидрофильной природой АК. Исследование растворимости мембран после ИК обработки в инертной атмосфере показало, что увеличение АК звеньев не способствует переходу образцов в нерастворимую форму, увеличивая растворимость образцов в ДМФА. С другой стороны, при обработке на воздухе, ситуация менялась – уже при температуре обработки 150°С образцы переставали растворятся во всех растворителях, хотя для ПАН растворимость в ДМСО достигалась только при 170°С. Проведены исследования засорения мембран в процессе фильтрации растворов мазута и нефти. Отмечается тенденция снижения стойкости мембран к засорению по мере увеличения их проницаемости, связанная с усилением эффектов концентрационной поляризации, происходящим в процессе задерживания высокомолекулярных компонентов мазута. Показано, что увеличение гидрофильности образцов в результате увеличения доли АК звеньев либо путём добавления в формовочный раствор ПЭГ приводило к увеличению устойчивости мембран к засорению. В то же, время отмечается, что мембраны, имеющие губчатую структуру, полученную либо при добавлении ПЭГ, либо при осаждении мембран в парах осадителя имели высокую склонность к необратимому засорению в результате блокировки пор. В то же время, мембраны из ПАНАК были менее подвержены засорению, приводящему к необратимому снижению проницаемости. С одной стороны, увеличение доли АК звеньев приводило к увеличению гидрофильности, что положительно сказывается на устойчивости мембран к засорению. С другой стороны, увеличение размера пор с 32 до 55 нм с увеличением доли АК звеньев с 1 до 10% приводило к снижению задерживания асфальтенов – наиболее высокомолекулярных компонентов мазута и нефти с 81 до 33%. Таким образом, отмечается, что снижение засорения мембран из сополимеров связано не только с увеличением гидрофильности, но и с уменьшением эффекта концентрационной поляризации в результате общего снижения задерживания. В то же время, использование гидрофильной ПАК для получения селективного слоя мембран позволило получить мембраны, которые намного меньше были подвержены засорению по сравнению с мембранами из ПАН и ПАНАК демонстрируя при этом высокие значения задерживания асфальтенов. Были получены мембраны с проницаемостью по толуолу 31-45 л/(м2·ч·атм) задерживающие 91-95% асфальтенов при фильтрации растворов с содержанием мазута в толуоле 50 г/л. За 2 часа фильтрации указанных растворов их проницаемость снизилась на 10-16% по сравнению с 21-42% снижением для ПАНАК и 33-78% в случае ПАН. Промывка мембран толуолов позволила восстановить до 97% от исходной проницаемости. Сравнение мембран, модифицированных при температурах 100-170С с не модифицированными аналогами показало, что для мембран из ПАН и сополимеров воздействие протекающих процессов в целом одинаково – размер пор и проницаемость мембран сохраняется в то время, как механические свойства несколько снижаются, в частности происходит некоторое охрупчивание образцов. Исследования свойств поверхности образцов и засорения мембран в процессе фильтрации растворов нефти и мазута показало, что происходящая в результате ИК обработки гидрофобизация поверхности мембран приводит снижению устойчивости мембран к засорению на 5-10%. Обработка мембран при более высокой температуре 200°С приводила к резкому снижению размера пор в 2-4 раза по сравнению с исходным, причём с увеличением доли АК звеньев снижение размера пор было более значительным. Так, для мембран из 15% раствора ПАН в НМП размер пор снижался в результате ИК-обработки в инертной атмосфере при 200°С с 28 до 12,6 нм, а проницаемость – с 468 до 117 л/(м2·ч·атм) и до 11,8 нм и 104 л/(м2·ч·атм) соответственно на воздухе. Для мембраны из ПАНАК с 10% содержанием АК звеньев при обработке в азоте размер пор снижался с 55 до 14,8 нм, а проницаемость - со 163 до 10,9 л/(м2·ч·атм).

Публикации

1. Юшкин А., Балынин А., Ефимов М., Почивалов К., Петрова И., Волков А. Fabrication of polyacrylonitrile UF membranes with acetone as co-solvent by VIPS method Membranes, - (год публикации - 2022)

2. Юшкин А.А., Балынин А.В., Ефимов М.Н., Муратов Д.Г., Карпачева Г.П., Волков А.В. Формование многослойных мембран из одного полимера с использованием обработки ИК-излучением Мембраны и мембранные технологии, - (год публикации - 2022) https://doi.org/10.31857/S2218117222040113

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В работе были получены двухслойные ПАН мембраны где каждый из слоёв был сформирован независимо. Возможность послойного формирования мембран была обеспечена благодаря модификации первого слоя ИК-излучением, которая делала полимер нерастворимым. В результате были получены мембраны с проницаемостью по воде 37.6 л/(м2·ч·атм), а по толуолу – 25.3 л/(м2·ч·атм). Размер пор полученных мембран составлял 4.6 нм. Обработка мембран ИК-излучением приводила к увеличению величин краевых углов смачивания на 8-10ᵒ при температуре модификации 200С. В то же время, такая обработка при температурах до 170С не оказывала существенного влияния на размер пор. Данные мембраны были использованы для выделения асфальтенов из растворов нефти в толуоле. При содержании нефти в растворе 1 г/л задерживающая способность мембран составила 74%, а при увеличении содержания нефти до 10 и далее до 100 г/л увеличивало задерживающую способность до 99% и выше. При этом проницаемость мембран при фильтрации растворов нефть/толуол (10 г/л) снижалась до 2.5 л/(м2·ч·атм). Помимо многослойных мембран в работе были получены ПАН мембраны с внедрёнными углеродными частицами различной природы. В частности, были получены мембраны с добавлением оксида графена, наноалмазов и углеродных частиц пиролизованного ПАН (ИК-ПАН-а). Частицы оксида графена имели удельную площадь поверхности 23 м2/г. Наноалмазы имели размер около 5 нм и удельную площадь поверхности 286 м2/г. Наибольшей площадью поверхности обладали частицы ИК-ПАН-а - 2121 м2/г. Они же были наиболее крупными среди используемых частиц – до 0.8 мкм. Отмечается, что добавление частиц не приводило к существенным изменениям механизмов фазового распада. В результате все мембраны имели характерную структуру с пальцевидными порами. В то же время, добавление частиц приводило к некоторому снижению размера пор. Добавление оксида графена и наноалмазов приводило к снижению среднего размера пор с 17 до 15 нм. Добавление уже 0.1 мас.% ИК-ПАН-а приводило к снижению размера пор до 13.4 нм. При содержании ИК-ПАН-а 0.5 мас.% размер пор снижался до 11.9 нм, а при 1 мас.% - 11.1 нм. Для всех полученных мембран с добавлением оксида графена, наноалмазов и ИК-ПАН-а с различным содержанием частиц измерены значения углов смачивания по воде и этиленгликолю в зависимости от используемых добавок. Было установлено, что добавление частиц оксида графена, ИК-ПАН-а и наноалмазов способствует гидрофилизации поверхности мембран. При добавлении 0.5 мас.% частиц угол смачивания по воде снижался на 10-18, а при добавлении 1 мас.% - на 22-28 по сравнению с ПАН мембранами. Для мембран с оксидом графена эффект был несколько меньше чем для других мембран, а наибольший эффект наблюдался при добавлении наноалмазов. Модификация поверхности наноалмазов позволила дополнительно снизить величину угла смачивания на 8. Был исследован процесс фильтрационного разделения растворов нефти и мазута. В результате проведённых исследований было показано, что гидрофилизация поверхности положительно сказывается на величине потока растворов нефти в толуоле. С одной стороны, добавление частиц снижало проницаемость мембран по чистым растворителям, однако при переходе от чистых растворителей к растворам нефти и мазута проницаемость мембран с добавлением частиц оказывалась в 2-3 раза выше, чем проницаемость исходных ПАН мембран. В то же время, показано, что добавление оксида графена и ИК-ПАН-а приводит к значительному увеличению необратимого засорения мембран. С другой стороны, добавление наноалмазов не только снижает общее засорение мембраны, повышая проницаемость по смеси нефть/толуол, но и препятствует необратимому засорению мембраны. Добавление наноалмазов позволяет восстанавливать более 96% потока чистого толуола без использование каких-либо методов регенерации, что говорит о хорошей устойчивости мембран к засорению. Исследование влияния гидрофильности и шероховатости поверхности мембран показало, что при увеличении гидрофильности мембраны положительно сказывается на проницаемости исследованных растворов нефти и мазута. В то же время, время связь между гидрофильностью поверхности и величиной необратимого засорения не наблюдалась. При этом величина общего засорения изменялась пропорционально изменению контактного угла для всех исследованных частиц. Анализ поверхности мембран показал, что добавление оксида графена существенно повышала шероховатость поверхности полученных мембран. В случае добавления ИК-ПАН-а на поверхности мембраны образовывались неровности микронного размера. Добавление же наноалмазов оказывало существенно меньшее влияние шероховатость поверхности мембран. Таким образом было показано, что возрастание необратимого засорения при добавлении оксида графена и ИК-ПАН-а было следствием повышения шероховатости поверхности которое не компенсировалось эффектами от гидрофилизации поверхности. В то же время, гидрофилизация поверхности мембраны снижала величину общего засорения и приводила к увеличению потока раствора нефти через мембраны. Исследование мембран, полученных с добавлением модифицированных наноалмазов подтвердило этот вывод, так как модификация наноалмазов приводила к изменению величины контактного угла, не изменяя параметры шероховатости поверхности. При этом величина общего засорения изменялась пропорционально значению контактного угла, в то время, как необратимое засорение оставалось практически неизменным – менее 4% для растворов 10 г/л нефти в толуоле. В то же время при содержании нефти 1 г/л проницаемость мембран при добавлении частиц уменьшалась, что отражает аналогичную тенденцию для проницаемости по воде и толуолу. Однако при содержании нефти 10 и 100 г/л, а также для растворов мазута гидрофилизация поверхности начинала оказывать более существенное влияние, в результате чего более высокую проницаемость демонстрировали мембраны с добавлением 1 мас.% наноалмазов. При этом с ростом содержания нефти возрастала величина необратимой компоненты засорения, а проницаемость мембран закономерно снижалась. Величины задерживания также возрастали с увеличением содержания нефти. Если при содержании нефти 1 г/л мембраны задерживали 30-45% асфальтенов, то при повышении содержания нефти до 10 г/л задерживание возрастало до 66-91%, а при содержании нефти 100 г/л и для растворов мазута мембраны задерживали более 99% асфальтенов.

Публикации

1. Алексей Юшкин, Андрей Баско, Алексей Балынин, Михаил Ефимов, Татьяна Лебедева, Анна Ильясова, Константин Почивалов, Алексей Волков Effect of acetone as co-solvent on fabrication of polyacryloni-trile ultrafiltration membranes by non-solvent induced phase separation Polymers, т. 14, №21, стр. 4603 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3390/polym14214603

2. Ефимов М.Н., Жиляева Н.А., Муратов Д.Г., Васильев А.А., Юшкин А.А., Карпачева Г.П. Щелочная карбонизация полиакрилонитрила для получения микропористого углеродного материала Журнал физической химии, том 97, № 1, с. 112–120 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.31857/S0044453723010077

3. Юшкин А.А. Балынин А.В., Небесская А.П., Ефимов М.Н., Муратов Д.Г., Карпачёва Г.П. Деасфальтизация нефти с использованием ПАН мембран с малым размером пор Мембраны и Мембранные Технологии, том. 13, №6 (год публикации - 2023)

4. Юшкин А.А., Балынин А.В., Небесская А.П., Ефимов М.Н., Бахтин Д.С., Баскаков С.А., Канатьева А.Ю. ПОЛУЧЕНИЕ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИОННЫХ МЕМБРАН ИЗ КОМПОЗИТОВ ПАН С ГИДРОФИЛЬНЫМИ ЧАСТИЦАМИ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ КОМПОНЕНТОВ НЕФТИ Мембраны и мембранные технологии, том 13, № 4, с. 1–14 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.31857/S2218117223040077

5. Юшкин А.А., Балынин А.В., Небесская А.П., Черникова Е.В. Муратов Д.Г., Ефимов М.Н., Карпачева Г.П. Acrylonitrile-Acrylic Acid Copolymer Ultrafiltration Membranes for Selective Asphaltenes Removal from Crude Oil Membranes, - (год публикации - 2023)

Возможность практического использования результатов
Разработанные мембраны с размером пор менее 5 нм позволяют с высокой эффективностью выделять асфальтены как из нефти, так и из нефтепродуктов. Высокая устойчивость мембран к засорению позволяет продлить срок службы мембран и тем самым повысить экономическую привлекательность процесса. Появление таких мембран может повысить привлекательность мембранных методов при промысловой деасфальтизации нефти снизив тем самым как затраты энергии, так и расход реактивов. Использование таких мембран имеет перспективы в процессах доочистки нефтепродуктов. Они могут быть использованы как для отделения остаточных асфальтенов от продуктов переработки, так и для отделения катализаторов в процессах нефтехимического синтеза.