Новый метод создания химстойких мембран на основе целлюлозы для нанофильтрационного разделения органических сред

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 проекта 14-19-01775

НазваниеНовый метод создания химстойких мембран на основе целлюлозы для нанофильтрационного разделения органических сред

Руководитель Волков Алексей Владимирович, Доктор 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

Конкурс №1 - Конкурс 2014 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

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

Ключевые слова Целлюлоза, N-метилморфолин-N-оксид, мембрана, нанофильтрация, формование мембран, разделение органических сред, растворы целлюлозы, пористость

Код ГРНТИ61.13.19

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение фундаментальной задачи создания химически и механически стойких мембран на основе целлюлозы путем прямой переработки этого природного полимера растворными методами. Впервые будут разработаны научные основы создания мембран для нанофильтрации органических сред (НФОС) по оригинальному механизму твердофазного растворения целлюлозы в N-метилморфолин-N-оксиде (ММО) с последующим формованием из полученного раствора асимметричных мембран с нанопористым селективным слоем. Актуальность создания полимерных мембран, способных высокоэффективно отделять растворенные вещества с молекулярной массой 200-1400 г-моль от низкомолекулярных органических растворителей определяется необходимостью поиска новых менее энергоемких и максимально экологичных технологий разделения органических сред в нефтехимической, химической, фармацевтической и пищевой промышленности. Отсутствие фазовых переходов при НФОС обеспечивает более низкие энергетические затраты на проведение процесса разделения по сравнению с традиционными подходами, как, например, дистилляция. Использование возобновляемого и биодеградируемого материала – целлюлозы (природного полимера, стойкого к органическим растворителям), открывает возможности создания на его основе экологичных технологий получения конкурентоспособных мембран для НФОС. Существующие мембраны из, так называемой, регенерированной целлюлозы, получаемые в результате полимераналогичных превращений мембран из эфиров целлюлозы под действием щелочей, не способны решать задачи НФОС и характеризуются многостадийной технологией их получения. В результате проведения комплексных физико-химических исследований будет сформирован и проанализирован комплекс систематических экспериментальных данных по влиянию состава смесевого раствора на основе целлюлозы, его реологических свойств и фазовых превращений при контакте с газовой и жидкой средами на морфологию, пористую структуру, проницаемость и разделительные свойства полученных мембран. Будут сформулированы критерии направленного регулирования структуры и морфологии растворов целлюлозы в ММО, обеспечивающие фазовый распад при контакте с газовой средой и погружении в подобранные плохие растворители («осадители») с получением мембран с требуемой асимметричной пористой структурой, устойчивых в органических средах и с высокими коэффициентами проницаемости и разделительными характеристиками по выбранным модельных органическим системам. Будут получены лабораторные образцы плоских асимметричных целлюлозных мембран с нанопористым селективным слоем и исследованы их свойства по разделению бинарных органических жидких смесей, моделирующих задачи отделения и рециркуляции дорогостоящих гомогенных катализаторов. Коллективом исполнителей проекта накоплен многолетний опыт работы с растворами целлюлозы и ее производных с точки зрения фазового равновесия, реологических свойств, структуры и получения волокон и пленок, а также получения и исследования разделительных мембран для НФОС. Будет опубликовано не менее 8 статей в рецензируемых научных изданиях, представлено не менее 10 устных и стендовых докладов на конференциях и молодежных школах, защищено 3 дипломных проекта и одна кандидатская диссертация.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. А.А. Юшкин, Т.А. Анохина, А.В. Волков Применение пленок на основе целлофана в качестве мембран для процесса нанофильтрации МАИК "НАУКА/INTERPERIODICA" (год публикации - 2014)

2. А.А. Юшкин, Т.А. Анохина, А.В. Волков Исследование гистерезиса сорбции, набухания и электропроводности в пленках на основе целлюлозы Тезисы докладов XI международной конференции молодых учёных по нефтехимии, ISBN 978-5-9905815-0-0, с.196-197 (год публикации - 2014)

Публикации

1. В.В. Макарова, С.В. Антонов, Т.В. Бранцева, В.Г. Куличихин, Т.С. Анохина Фазовое равновесие и кинетика осаждения растворов целлюлозы в N-метилморфолин-N-оксиде Высокомолекулярные соединения, серия А, №4, 2016 (год публикации - 2016)

2. T.S.Anokhina, A.A.Yushkin, V.V.Volkov, S.V.Antonov, A.V.Volkov Cellulose-Based Membranes for Solutes Fractionation. Physics Procedia, Volume 72, 2015, Pages 171–174 (год публикации - 2015)
10.1016/j.phpro.2015.09.051

3. И.С. Макаров, Л.К. Голова, Л.К. Кузнецова, С.В. Антонов, А.В. Костюк, В.Я. игнатенко, В.Г. Куличихин Влияние осадительных и кондиционных ванн на структуру, морфологию и свойства целлюлозных пленок Химические волокна, 2016 (год публикации - 2016)

Публикации

1. Татьяна Анохина, Алексей Юшкин, Игорь Макаров, Виктория Игнатенко, Анна Костюк, Алексей Волков Nanofiltration properties of the composite cellulose membranes obtained from solutions in n-methylmorpholine oxide Ion Transport in Organic and Inorganic membranes. Conference proceeding, стр. 38 - 40 (год публикации - 2016)

2. Т.С. Анохина, Т.С. Плешивцева, В.Я. Игнатенко, С.В.Антонов, А.В. Волков ИССЛЕДОВАНИЕ РАСТВОРЕНИЯ И ФОРМОВАНИЯ НАНОФИЛЬТРАЦИОННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МЕМБРАН ИЗ РАСТВОРОВ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ В СМЕСИ [Emim]OAc И ДМСО Мембраны и мембранная технология (год публикации - 2017)

3. Сергей О. Ильин, Вероника В. Макарова, Татьяна С. Анохина, Виктория Я. Игнатенко, Татьяна В. Бранцева, Алексей В. Волков, Сергей В. Антонов Diffusion and phase separation at the morphology formation of cellulose membranes by regeneration from N-methylmorpholine N-oxide solutions Cellulose, V. 25, P. 2515–2530 (год публикации - 2018)
10.1007/s10570-018-1756-9

4. В.В. Макарова, С.О. Ильин, Т.С. Анохина, А.В. Волков, С.В. Антонов Влияние вязкости осадителя на кинетику формирования, морфологию и транспортные свойства целлюлозных мембран Высокомолекулярные соединения серия А (год публикации - 2017)

5. В.В. Макарова, С.В. Антонов, Т.С. Анохина, В.В. Волков Optical microinterferometry method for evaluation of phase state and diffusion in ternary systems: phase separation in cellulose/N-Methylmorpholine-N-oxide/non-solvent mixtures Journal of Physics: Conference Series, 751 (2016) 012045 (год публикации - 2016)
10.1088/1742-6596/751/1/012045

6. Т.С. Анохина, А.А. Юшкин, И.С. Макаров, В.Я. Игнатенко, А.В. Костюк, С.В. Антонов, А.В. Волков ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ АПРОТОННЫХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ НА НАНОФИЛЬТРАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМПОЗИЦИОННЫХ ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ МЕМБРАН Мебраны - 2016, Сборник тезисов, стр. 182 - 184 (год публикации - 2016)

7. Т. С. Анохина, А. А. Юшкин, И. С. Макаров, В. Я. Игнатенко, А. В. Костюк, С. В. Антонов, А.В. Волков Cellulose Composite Membranes for Nanofiltration of Aprotic Solvents Petroleum Chemistry, (2016), V. 56, №11, P. 1097 - 1105 (год публикации - 2016)
10.1134/S0965544116110025

8. МАКАРОВ И.С., БОНДАРЕНКО Г.Н., КУЗНЕЦОВА Л.К. ГЕМИЦЕЛЛЮЛОЗА В ПРОЦЕССЕ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ ВОЛОКОН И МЕМБРАН ФИЗИКА ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ: СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, НАУКОЕМКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛЫ (SMARTEX), Т.1, №1, стр. 142 - 149 (год публикации - 2016)