Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Работы этапа 2016 года включали исследования по всем направлениям, запланированным в исходной заявке, и соответствовали общему плану. Постановка задач позволила уже на первом этапе получить ряд важных результатов, связанных с объектами проекта (мембраны на основе полигетероариленов). Полигетероарилены относят к одним из наиболее перспективных мембранных материалов в силу их исключительной термостойкости, химической и радиационной устойчивости, высокой прочности и повышенной износостойкости материалов на их основе. Именно к этому направлению – поиск эффективных и стабильных мембран – следует отнести основные результаты: Получены, исследованы и апробированы мембраны на основе: - сополимеров различной архитектуры: i) сополиамидов с внедрением объемных антразолиновых звеньев в боковую цепь для разрыхления структуры и увеличения доли свободного объема в мембранах; ii) сополимеров полиимид-полиметилметакрилат в форме полимерных щеток с различной частотой прививки и длиной боковых цепей – этот показатель существенно влияет на архитектуру сополимеров и диффузионную способность переноса молекул разделяемых сред через матрицу сополиимидов; - термически преобразованных полибензоксазинонимидов: отличаются относительной простотой получения и возможностью варьирования структуры полимерного звена, что позволяет значительно и направленно менять разделительные свойства и оптимизировать эксплуатационные параметры; - полиимидов, модифицированных неорганическими наполнителями: комбинация свойств неорганического модификатора и полимерной матрицы позволяет варьировать транспортные и эксплуатационные характеристики мембран в широких пределах. Отработаны методики формирования однородных полимерных пленок, включая подбор растворителей, условия сушки, учет содержания остаточного растворителя. Гомогенные мембраны получали отливом полимерных растворов в амидных апротонных растворителях, позволяющем получать “идеальные” полимерные растворы. Получен комплекс физико-химических и структурных данных для характеристики морфологии полимерных мембран, физических, механическо-прочностных, термических параметров, других физико-химических, а также транспортных свойств с применением методов и подходов: - термогравиметрический анализ проводили на термомикровесах TG 209 F3 Libra (Netzsch) в условиях динамического повышения температуры до 450 С в инертной среде; - для интерпретации данных термогравиметрического анализа проводилось дополнительное исследование методом высокотемпературной масс-спектрометрии на установке МС-1301; - фазовые переходы исследованы с помощью дифференциального сканирующего калориметра (ДСК) DSC 204 Phoenix F1 (Netzsch) в инертной среде и температурном диапазоне до 900 С; - морфологию мембран исследовали методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) на установке Zeiss Merlin SEM (Carl Zeiss); - характер поверхности изучен с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) Scanning Probe Microscope Multimode 8 (Bruker); - степень кристалличности определяли методом рентгено-структурного анализа на установке D8 DISCOVER diffractometer (Bruker); - механические характеристики определяли в режиме одноосного растяжения на универсальной установке для механических испытаний UTS 10 (“UTS test system”); - растворимость компонентов в матрице мембран оценивалась на основе сорбционных экспериментов (иммерсионный метод); на основе сорбционных данных также оценивалась диффузионная способность компонентов разделяемых смесей; - на основании плотности мембран, измеренных флотационным методом, была рассчитана доля свободного объема по методу Бонди; - первапорационные эксперименты проводились на установке из нержавеющей стали, обеспечивающей возможность разделения агрессивных сред, в режимах перемешивания, варьирования температуры и непрерывного отбора проб; - аналитическое определение составов пермеата и питающей смеси (ретентата) проводился методом газовой хроматографии; - газоразделительные эксперименты проводились на сконструированной исполнителями высокогерметичной установке с вакуумным датчиком давления в изотермических условиях, позволяющей поддерживать высокий градиент давления с точным контролем его изменения в системе. Приведенные методы были применены при получении, характеризации и тестирования всех полученных новых мембран (с некоторым отличием для первапорации и газоразделения). Мембраны из сополимера на основе полиамида и объемных боковых цепей антразолина. Решалась задача повышения производительности первапорации за счет увеличения доли свободного объема в структуре мембраны. Свойства, включая транспортные, исследованы для системы метанол – метил-трет-бутиловый эфир. Более проницаемая структура мембран позволяет увеличить и оптимизировать разделение смеси. Мембраны на основе полимеров, полученных термическим воздействием на гидролитически стабильные форполимеры. Полученные мембраны характеризуются более высокими, по сравнению с изученными сополимерами, механическими свойствами, повышенной температурой стеклования и наиболее компактной структурой. При сравнительном изучении массопереноса через мембраны на основе термически преобразованных полимеров (полибензосказинонимидов) и их форполимеров (полиамидоимидов) установлено, что зациклизованная форма полибензоксазинонимидов проявляет высокие барьерные свойства при дегидратации спиртов. Это приводит к высокой селективности разделения водно-спиртовых систем при концентрировании спиртов, но к умеренной производительности разделения. Мембраны на основе термически преобразованных полимеров (в данном случае – полибензоксазиноны) разработаны и применены для процесса газоразделения. Мембраны характеризуются умеренной проницаемостью при высокой селективности разделения таких смесей, как кислород – азот, водород – азот, диоксид углерода – метан, диоксид углерода – азот, азот – метан. Проницаемость и селективность мембран на основе полибензоксазинонов превосходят аналогичные параметры мембраны из форполимера. По данным РЭМ термическое преобразование полибензоксазинонов приводит к появлению сквозных вакуолей в структуре мембран, избыточному свободному объему, способствующему ускоренному транспорту газов по сравнению с форполимером. При сравнении наших образцов мембран с другими уже известными газоразделительными мембранами установлено, что они наиболее эффективны при выделении кислорода и азота из воздуха и очистки природного газа (разделение системы водород – метан). Мембраны на основе молекулярных полиимидных щеток. Это новый мембранный материал, не применявшийся ранее для процессов первапорации: при изучении необходимых для применения в качестве мембранных материалов свойств сополимеров на основе полиимидов и привитых цепей полиметилметакрилата в форме полимерных щеток показано, что они обладают хорошей пленкообразующей способностью (сам полиметилметакрилат не образует пленки). Одновременно установлено и обосновано, что мембраны на основе сополимеров с более редким привитием боковых цепей (более компактной упаковки) обладают меньшей диффузионной способностью и меньшей производительностью разделения по сравнению с сополимером с более частым привитием. Этот вывод подтвердился при исследовании транспортных свойств в ходе первапорационной дегидратации изопропилового спирта. Мембраны на основе полиимидов, модифицированных неорганическими наночастицами. Проведено комплексное исследование физико-химических, структурных, транспортных свойств, а также термической и механической и стабильности мембран различной структуры (кристаллической и аморфной формы полиимида) при модификации наночастицами диоксида циркония. Объектом разделения также являлась водно-спиртовая смесь (система вода – бутанол). Установлено, что проницаемость органо-неорганических мембран на основе кристаллического и аморфного полиимидов примерно одинакова, но селективность мембраны на основе аморфного полиимида в 5-6 раз выше, чем кристаллического: эти мембраны более перспективны для практических целей. Все выводы экспериментальной части работы получили дополнительное теоретическое обоснование. Результаты представлены в 4 статьях: опубликованы в двух статьях в журнале Polymers (импакт-фактор WoS 2015 – 2,944), и в двух статьях, принятых в печать еще в двух журналах, индексируемых в Scopus и Web of Science, «Высокомолекулярные соединения» и «Мембраны и мембранные технологии» (англоязычная версия - "Petroleum Chemistry"). В соответствии с исходной заявкой рассмотрены задачи о развитии методов термодинамико-кинетического описания мембранного, поиске наиболее адекватных подходов к представлению, аппроксимации данных и моделировании первапорации и газоразделении. Рассмотрены варианты существующих методов описания и моделирования транс-мембранного массопереноса и их возможности (анализ сорбции, диффузии и процессов в целом). Возможности непосредственного применения аппарата неравновесной термодинамики проанализированы на основе объектов настоящего проекта, при аппроксимации данных о 20 системах, включающих мембраны на основе полигетероариленов. Расчеты на основе линейного приближения неравновесной термодинамики в целом дают хорошие результаты в отношении соответствия расчетных и экспериментальных зависимостей «состав питающей смеси – состав пермеата». Результаты экспериментальных исследований и теоретической части, помимо их самостоятельного значения, являются основой развития работ на последующих этапах проекта.

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Работы этапа 2017 года включали исследования по всем направлениям, запланированным в исходной заявке, и соответствовали общему плану. Постановка задач позволила уже на первом и втором этапах выполнения проекта получить ряд важных результатов, связанных с объектами исследований (диффузионные мембраны на основе полигетероариленов и композитов). Направления работ (как и постановка задач проекта) связаны с химическими, физическими и механическими свойствами и, соответственно, особенностями полимеров гетероароматической структуры, а именно, их высокой термической, химической и механической устойчивости. Именно поэтому полигетероарилены относят к одним из наиболее перспективных классов полимерных мембранных материалов, отвечающих условиям стабильности эксплуатационных характеристик мембран, включая повышенную износоустойчивость и прочность, что обеспечивает возможность более длительной эксплуатации, сравнительно с другими полимерными мембранами. В то же время, безусловно, основные условия эффективного технологического применения мембран включают требования к их селективности и производительности. Поэтому направления этапа (и проекта в целом) включали как поиск новых полимерных мембранных материалов гетероароматической структуры, так и работы в области создания модифицированных и композитных мембран на основе полигетероариленов. Не менее важным и связанным с поиском эффективных мембран направлением является комплексное физико-химическое и структурное исследование полигетероариленов, модифицированных материалов и композитов, в том числе, не только для их характеризации, но и для прогнозирования транспортных, селективных и эксплуатационных свойств. С этим связаны и включенные в направления исследований проект задачи в области аппроксимации, расчета и моделирования свойств и процессов, в том числе, методами неравновесной термодинамики и молекулярной динамики. На этапе 2017 года основные экспериментальные результаты включали разработку и/или исследование следующих мембранных материалов и мембран: - Гомогенные и двухслойные мембраны на основе полиамидоимидомочевины. Эти мембранные материалы представляют особый интерес из-за наличия амидных и имидных групп в структуре мономерного звена полимеров и возможной комбинации свойств полиамидов и полиимидов. Для увеличения производительности разделения создана двухслойная мембрана на основе полиамидоимидомочевины и пористой подложки на основе полифениленоксида. Это, в частности, позволило проводить дегидратацию спиртов с высокой эффективностью, с более чем 10-кратным повышением производительности разделения в сравнении с гомогенной мембраной (пример – дегидратация изопропанола). - Композитные мембраны на основе промышленного полигетероарилена – сополиимида P84, модифицированного эндофуллереном (эндоэдральным фуллереном с внедренным атомом железа). Эти мембраны обладают высокими и устойчивыми эксплуатационными характеристиками. Тестирование проводилось при разделении бинарных органических смесей (метанол – метилацетат); показатели разделения превышают аналогичные параметры известных промышленных мембран. Также, на примере системы с реакцией синтеза метилацетата, показано, что модифицированные мембраны отличаются существенно более высокой селективностью в процессе первапорационного удаления воды или метанола из четырехкомпонентной реакционной смеси по сравнению с мембраной на основе матричного полимера. На основании полученных данных было выявлено, что наиболее оптимальными свойствами обладает мембрана, содержащая 0.5 масс. % модификатора. Это открывает возможность использования новых мембран для эффективного регулирования этерификации в гибридном процессе «синтез + первапорация» путем сдвига состава (ухода от химического равновесия) при отведении низкомолекулярного продукта (воды) или конечной очистки от неизрасходованного исходного реагента (метанола). - Мембраны на основе сополиимида P84, модифицированного наноалмазами. Наноалмазы являются эффективными модификаторами сепарационных характеристик, ввиду их особой структуры, поверхностной активности, других специфических физико-химических свойств. Полученные мембраны могут быть применены как в процессах первапорации, так и газоразделения. Газоразделительные свойства изучены для индивидуальных газов: водорода, азота, кислорода, метана и диоксида углерода. Полученные результаты, в том числе, для практически значимых задач: выделение кислорода из воздуха, очистка азота от водорода при производстве аммиака, разделения смесей водород-метан и водород-диоксид углерода (в процессах получения и выделения водорода), разделение метана и диоксида углерода в нефтегазовой промышленности. Установлено, что введение наноалмазов способствует существенному увеличению эффективности разделения указанных пар газов. - Мембраны на основе комплексов полимер – металл: комплексы полибензоксазинонимид-Cu(I) и комплексы полиамидоимидокислота-Cu(I) (форполимера полибензоксазинонимида). Полибензоксазинонимид содержит имидные и бензоксазиноновые фрагменты в основной цепи и является продуктом термической обработки его форполимера – имид-содержащей полиамидокислоты, которая показывает хорошие физико-механические свойства, гидролитически стабильна и нерастворима во всех растворителях, за исключением амидных. Мембраны тестировали при разделении смеси метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) – метанол. Обе мембраны эффективны в отношении удаления метанола из его смеси с МТБЭ, что является известной и важной задачей в промышленности. Было показано, что мембрана на основе комплекса полиамидоимидокислота-Cu(I) позволяет получить МТБЭ высокой степени чистоты. Содержание метанола в пермеате составляло от 99 до 99.32% по массе в зависимости от концентрации исходной смеси, что превышает показатели разделительные свойства большинства описанных в литературе мембран. - Мембраны на основе полипиррола, еще одного представителя класса полигетероариленов. Этот электропроводящий полимер, по результатам анализа и имеющимся литературным данным, перспективен и для целей мембранного разделения, однако возможности его практического применения в мембранной технологии ограничены низкими механическими свойствами. Поэтому разработан способ получения стабильных композитных мембран на основе полипиррола, включающий цикл физико-химических превращений, в том числе, использование глубоких эвтектических растворителей. Мембраны тестированы в процессах выделения метанола и этанола из смесей с углеводородами, а также при разделении системы бутанол-вода: сепарационные характеристики превосходят результаты, известные из литературы для мембран из полипиррола, однако уступают эффективности в сравнении с другими мембранами на основе полигетероариленов, полученных в ходе выполнения проекта. - Продолжены работы в области модификации мембранных материалов неорганическими частицами. Исследованы мембраны на основе мезоморфных полигетероариленов (полиимидов), модифицированных оксидом циркония. Особенностью этих работ (транспортные свойства изучались на первом этапе) является применение новых методов анализа механических свойств мембранных материалов, модифицированных наноразмерными наполнителями, на уровне наномасштабов. Проведенные методами атомно-силовой микроскопии и количественного наномеханического картирования исследования дали возможность охарактеризовать структурные изменения в полимерной матрице в непосредственной близости от поверхности наночастицы, а также исследовать влияние наноразмерных модификаторов на топологию поверхности и особенности структуры в объеме мембран. Получены новые данные о таких механических характеристиках поверхности мембран, как модуль Юнга, адгезия и деформация на уровне наномасштабов. Отметим, что обширный объем экспериментальных методов был, в первую очередь, направлен как на непосредственную характеризацию собственно физико-химических, физико-механических и структурных свойств мембран, так и на анализ особенностей, важных для прогнозирования транспортных и селективных параметров мембран. Такую возможность дает находящийся в непосредственном доступе для исполнителей проекта комплекс современного оборудования Научного парка СПбГУ, включающий приборы термического анализа, атомно-силовой, растровой электронной микроскопии, рентгеновской дифракции, ЯМР, хроматографии и другие. В работе также проведены исследования в области теоретического анализа процессов сорбции и диффузии, аппроксимации и моделирования на основе аппарата неравновесной термодинамики. В частности, предложен метод оценки профиля диффузии пенетранта на основе независимого определения сорбции из раствора и паровой фазы. Разработаны варианты анализа и описания первапорации многокомпонентных смесей и газопроницаемости отдельных газов с применением методов неравновесной термодинамики. При анализе трансмембранного переноса рассчитывали параметры взаимодействия Флори-Хаггинса, а также оценивали влияние модификаторов на свободный объем полимера. Особое место занимали запланированные по результатам первого этапа исследования методом молекулярной динамики. Эти работы были направлены на анализ процессов диффузии в мембранах, причем получаемые данные дают возможность независимой оценки параметров моделей трансмембранного переноса, таких как кинетические коэффициенты феноменологических уравнений неравновесной термодинамики или коэффициентов уравнений модели Максвелла – Стефана. На текущем этапе методами молекулярной динамики проведен анализ подвижности (самодиффузии) воды в промышленно значимом полигетероарилене (Матримиде 5218) в зависимости от ее содержания в мембране. В частности, установлено, что эта зависимость имеет немонотонный характер: зафиксирован максимум при 1 масс. % пенетранта (воды). Этот эффект связан с адсорбцией воды на цепях полимера при низком содержании пенетранта и образованием кластеров воды в матрице мембраны при высоких концентрациях. Результаты экспериментальных исследований и теоретической части, помимо их самостоятельного значения, являются основой развития работ на третьем этапе проекта. Полученные в 2017 году новые научные данные апробированы и изложены на трех профильных отечественных и международных конференциях (тезисы четырех докладов включены в отчет) и представлены в четырех статьях, опубликованных в рейтинговых международных журналах, индексируемых в Web of Science Core Collection и Scopus: - «Scientific Reports», импакт-фактор JCR Science Edition 2016 – 4,259, первый квартиль (Q1) по JCR Science Edition и Scopus SJR, DOI:10.1038/s41598-017-08420-0; - «Polymers», импакт-фактор JCR Science Edition 2016 – 3,364, первый квартиль (Q1) по JCR Science Edition и Scopus SJR, DOI:10.3390/polym9070268; - «Polymer International», импакт-фактор JCR Science Edition 2016 – 2,07, второй квартиль (Q2) по JCR Science Edition 2016, первый квартиль (Q1) по Scopus SJR, DOI 10.1002/pi.5463; - «Monatshefte fur Chemie – Chemical Monthly», импакт-фактор JCR Science Edition 2016 – 1,282, третий квартиль (Q3) по JCR Science Edition 2016, второй квартиль (Q2) по Scopus SJR, DOI:10.1007/s00706-017-2104-8.

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В ходе этапа 2018 года были проанализированы результаты, полученные на предыдущих этапах исследований, выработаны основные принципы создания новых высокоэффективных диффузионных мембранных материалов на основе полигетероариленов; на основе полученных данных разработаны новые мембраны, позволяющие решать наиболее актуальные задачи разделения в сфере газоразделения и первапорации. Важные результаты были получены на основе ряда выводов предыдущих этапов, связанных с применением в мембранной технологии композитных материалов. В частности, при применении комплексов полимер-металл, гибридных неорганических модификаторов наблюдается существенный положительный эффект в отношении транспортных свойства мембран в процессах органофильной первапорации и газоразделения. Вместе с тем, взаимодействие между компонентами разделяемых смесей и полимерной матрицей во многом определяется особенностями функциональных групп в структуре полимера или модификатора. Основываясь на этих факторах, на этапе 2018 года разработаны и детально исследованы мембраны нескольких новых типов. Получены, исследованы и тестированы новые мембраны на основе уникального гетероароматического полимера, содержащего имидную, амидную и карбоксильную группу в мономерном звене – полиамидоимидокислоту (ПАИК), а также комплекса полимер-металл (медь) на его основе. Учитывалось, в частности, что медь образует устойчивые комплексы с полигетероариленами. В качестве объекта разделения была выбрана смесь метанол-гексан. Известно, что гексан является эффективным разделяющим агентом в азеотропной ректификации при выделении метанола из промышленных смесей. В то же время, коммерческие мембраны для разделения смеси метанол-гексан малоэффективны, и исследования в области мембранного разделения этой смеси ограничены. Функциональные группы в ПАИК обеспечивают избирательное межмолекулярное взаимодействие полимера мембраны и метанола, что, в свою очередь, обеспечивает эффективность разделения. Мембраны, как на основе ПАИК, так и комплекса полимер-металл, обладают высокой термической стабильностью (термодеструкция происходит лишь при температурах более 723 K) и деформационно-прочностными показателями (модуль Юнга 2 ГПа, предел прочности – 116-117 МПа). Одновременно, исследования морфологии мембран показали, что мембраны на основе комплекса полимер-металл имеют более плотную упаковку макромолекул, что должно отразиться на транспортных параметрах. При изучении сорбционных свойств и диффузионной способности установлено, что все мембраны практически не сорбируют гексан, степень же сорбции по метанолу составляет 8-12 %. Мы предполагаем, что координирование ионов меди с ПАИК и образование комплекса приводят к экранированию части функциональных групп, и соответственно, к небольшому понижению сорбционной способности мембраны ПАИК-медь. Однако, более компактная структура мембраны на основе комплекса полимер-металл способствует более избирательному транспорту компонентов и большей эффективности разделения по сравнению с ПАИК. При разделении смеси метанол-гексан, в том числе азеотропного состава, все мембраны обладают высокой селективностью, однако мембрана на основе комплекса полимер-металл демонстрирует наилучшую эффективность (более 99.9 масс. % метанола в пермеате). Индекс первапорационного разделения (позволяющий оценить транспортные свойства и сепарационные характеристики) для данной мембраны имеет существенно более высокое значение в сравнении с этим индексом для промышленного полимера Nafion (66.6 по сравнению с 9.9 соответственно). Результаты опубликованы в журнале Nature Publishing Group (NPG) – Scientific Reports, 2018 год (первый квартиль). При исследовании свойств мембран на основе сегментированных полиуританимидов - полигетероариленов, состоящих из чередующихся гибких и жестких фрагментов с различной длиной гибкого поликапролактонового сегмента, проведен анализ морфологии поверхности и структуры мембран методами ИК-спектроскопии, 1H, С13 ЯМР спектроскопии, АСМ, широкоуглового и малоуглового рентгеновского рассеяния. Комбинация твердых ароматических и гибких алифатических блоков в мембране позволяет сочетать разделительные свойства гомополимеров: сегментированные мембраны имеют хорошие сепарационные характеристики при разделении водно-спиртовых смесей. Результаты опубликованы в журнале Polymers, 2018 год (первый квартиль). Продолжены работы в области разработки мембран на основе полигетероариленов, включающих наноалмазы (НА) Включение наноалмазов в полимерную матрицу существенно меняет мембранные характеристики полигетероариленов в силу уникальных свойств, обусловленных присутствием функциональных групп различной природы в структуре модификатора. Разработаны новые мембраны на основе промышленного ароматического сополиимида с добавлением НА. Изучена структура мембран, характер поверхности, возможность получения однородных бездефектных пленок. Мембраны применены для первапорационной очистки оксигенатной добавки этил-трет-бутилового эфира (ЭТБЭ) от примесей этанола в процессах синтеза ЭТБЭ (высокоэффективной присадки к бензиновому топливу), то есть в гибридном процессе «реакция + первапорация». Мембрана на основе композитов сополиимид-НА (включающих 1% наноалмазов) имеет более высокую эффективность при очистке ЭТБЭ от примесей этанола (более 99.5 масс. % ЭТБЭ в конечном продукте) по сравнению с большинством других мембран для выделения ЭТБЭ, сведения о которых приведены в литературе. Результаты изложены в статье, принятой в печать в журнале «Мембраны и мембранные технологии». Мембраны, модифицированные наноалмазами, показали высокую селективность при отделении водорода из природного газа (как взрывоопасной примеси), а также выделения водорода из газовых смесей, в том числе, для получения водородного топлива. Уплотнение структуры полигетероариленов вокруг наноалмазов значительно снижает диффузионную способность больших молекул газов (кислород, азот и другие) по сравнению с молекулой водорода, что способствует эффективному выделению водорода. Результаты опубликованы в журнале Polymers, 2018 год (первый квартиль), а также представлены в СМИ на портале «Индикатор». Все проводимые исследования мембранных материалов и процессов сопровождались комплексом физико-химических исследований, включая описание и моделирование процессов, этих методов. Получены данные о влиянии модификаторов на свободный объем полимера, другие характеристики мембран и процессов, рассчитаны величины параметров взаимодействия Флори-Хаггинса. Показано, что применение концепции пермеанса не может приводить к однозначным выводам об эффективности конкретных мембран. Варианты моделирования и описания процесса газоразделения включали подходы, основанные на возможности пренебрежения взаимным влиянием потоков разных газов и учет перекрестных эффектов. Расчеты, учитывающие возможные перекрестные явления при газоразделении, проводились в форме, аналогичной соотношениям, примененным к первапорации (феноменологические уравнения неравновесной термодинамики в линейном приближении); отметим, что в рассмотренных случаях (экспериментальные результаты работы) значения перекрестных коэффициентов малы и существенно не отражаются на результатах расчетов. Оценка газопроницаемости по модели Максвелла, на конкретном примере мембран «сополиимид-наноалмазы», отражает общую тенденцию: уплотнение структуры при взаимодействии модификатора (НА) с матричным полимером сопровождается и уменьшением коэффициентов диффузии, соответственно – замедлением транспорта газов. Топология диаграмм первапорации тройных смесей анализировалась на основе уравнений Релэя (аналогично открытому испарению). Решалась также задача оценки диффузии в мембранах на основе полигетероариленов с применением метода молекулярной динамики (МД): получены новые данные о подвижности воды, метанола и циклогексана в мембране на основе промышленного полигетероарилена – P-84. Результаты МД показывают, что подвижность пенетрантов в полиимиде определяется в основном размерами молекул и уменьшается в ряду вода>метанол>циклогексан. Данные МД также указывают на снижение подвижности полярных пенетрантов и увеличение подвижности неполярного пенетранта при увеличении их концентрации в объеме матрицы полигетероарилена. Результаты МД для подвижности (самодиффузии) индивидуальных газов, имеют более простой характер, в силу предполагаемого отсутствия выраженного специфического взаимодействия молекул газов с материалом мембраны. Это соответствует принимаемому в практике допущению о возможности оценки эффективности газоразделения смесей по данным о трансмембранном переносе для индивидуальных газов. Итоги этапа в целом, помимо разработки новых мембран на основе полигетероариленов, дополнительно обосновывают перспективы практического использования указанных мембран в технологии разделения и гибридных процессах. В первую очередь, это определяется устойчивыми эксплуатационными характеристиками, термической, механической и химической стабильностью, возможностями гибкого варьирования разделительных свойств. Работы 2018 года включают конкретные примеры разделения промышленных жидких и газовых смесей. Отмеченные особенности мембран имеют безусловную значимость для развития фундаментальных и прикладных аспектов технологий первапорации и газоразделения и практического применения. Исполнители проекта выражают благодарность Институту высокомолекулярных соединений РАН за синтез исходных новых полимеров (полигетероариленов), а также Научному парку СПбГУ за возможность использования его ресурсов для целей проекта. Статьи по результатам проекта, опубликованные в 2018 году, все относятся к первому квартилю Q1 по JCR Science Edition и по Scopus SJR: - Novel Polyheteroarylene Membranes for Separation of Methanol‒Hexane Mixture by Pervaporation // Scientific Reports. Accepted November 13, 2018. doi:10.1038/s41598-018-36118-4 - Effect of Domain Structure of Segmented Poly(urethane-imide) Membranes with Polycaprolactone Soft Blocks on Dehydration of n-Propanol via Pervaporation // Polymers. 2018. V. 10. Issue 11. Article 1222. doi:10.3390/polym10111222 - Impact of Endometallofullerene on P84 Copolyimide Transport and Thermomechanical Properties // Polymers. 2018. V. 10. Article 1108. doi:10.3390/polym10101108 - Improved Hydrogen Separation Using Hybrid Membrane Composed of Nanodiamonds and P84 Copolyimide // Polymers. 2018. 10. Article 828. doi:10.3390/polym10080828 Кроме того, статья «Первапорационная очистка оксигената из азеотропной смеси этил-трет-бутиловый эфир / этанол» принята в печать в журнале «Мембраны и мембранные технлогии». На портале «Индикатор» 18 октября 2018 года опубликовано сообщение об одном из результатов проекта: «Создана новая гибридная мембрана для водородного топлива», https://indicator.ru/news/2018/10/18/gibridnaya-membrana-dlya-ekotopliva/