25 октября 2017
Сотрудниками Института катализа СО РАН к.ф-м.н. Даниилом Колоколовым и д.х.н. Александром Степановым совместно с сотрудниками из университета Лейбница, Ганновер, и университета Аугсбурга, Германия, сделан значительный вклад в понимание механизма разделения углеводородов нанопористыми материалами - металл-органическими координационными полимерами. Международный авторский коллектив научился управлять процессом разделения углеводородов посредством изменения газопроницаемости мембран, сделанных из этих материалов, с помощью электрических полей. Подход, разрабатываемый авторами для разделения, может существенно упростить производство пластмасс, таких как, например, полиэтилен или полипропилен, тем самым помогая значительно снизить издержки производства этих полимеров. Результаты исследования международного коллектива опубликованы в знаменитом журнале Science в выпуске от 20 октября 2017 года.
Производство высокочистого пропилена для полимеризации в пластмассовый полипропилен (ПП) является весьма энергоемким. Обычно отделение пропилена от других углеводородов (пропана) осуществляется с помощью криогенного процесса дистилляции при температуре до -40 градусов Цельсия. Однако проще этот процесс разделения можно осуществить с помощью нанопористой газоразделительной мембраны. Газоразделительные мембраны состоят из металл-органических координационных полимеров (MOF), т.е. из плотного слоя нанопористых кристаллов. MOF обладают регулируемым размерам пор, размеры которых могут быть близки к размерам молекул -компонентов природного газа, пропану и пропилену, и поэтому способны проявлять молекулярно-ситовые свойства. Кристаллы МОF обладают дышащими свойствами, т.е. могут изменять размер пор при внешних воздействиях. При обычных температурах органический каркас весьма подвижен, многочисленные беспорядочные колебания решетки уменьшают эффективный размер пор, разделение пропана и пропилена не является эффективным. Однако беспорядочные скелетные колебания каркаса в кристалле MOF можно дефибриллировать приложенным электрическим полем. При этом органические лиганды, образующие каркас и формирующие внутреннюю систему пор, выстраиваются в определенной ориентации, увеличивая таким образом эффективный размеры пор. Разделение пропилена и пропана при этом значительно улучшается при разнице в размерах между молекулами пропана и пропилена всего 0,03 нм. Поэтому разделение этих двух углеводородов с помощью мембранной технологии может стать экологически и экономически обоснованным.
Текст статьи «Defibrillation of Soft Porous Metal-Organic Frameworks with Electric Fields» доступен по ссылке: http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aal2456
