МОСКВА, 3 февраля. /ТАСС/. Ученые РФ предложили математическую модель, которая поможет предсказывать проницаемость полимерных мембран для смесей различных газов, что позволит без проведения сложных экспериментов определять свойства селективных материалов и возможность их использования в производстве, промышленности и медицине, сообщается в четверг на сайте Российской академии наук (РАН).
Полимерные мембраны используются для разделения летучих компонентов при очистке нефтяных газов, детектировании опасных или загрязняющих соединений в воздухе, а также в аппаратах искусственного кровообращения. Принцип их работы заключается в том, что материал мембраны преимущественно пропускает через себя молекулы, обладающие определенными химическими и физическими свойствами, в частности, размерами, сопоставимыми с его порами. В противном случае соединения проходят медленно или задерживаются мембраной.
"Исследовательская группа из Института нефтехимического синтеза имени А. В. Топчиева РАН (Москва) разработала математическую модель, которая позволяет предсказать реальную селективность мембран при пропускании газовых смесей на основе экспериментальных данных по проницаемости чистых компонентов. Новизна предложенного подхода заключалась в учете диффузионного взаимодействия, то есть взаимного "трения" между компонентами газовой смеси", - говорится в сообщении.
Согласно предложенной модели, если газ, который предпочтительно пропускается мембраной, более подвижен, чем партнер в смеси, то его проницаемость снизится по сравнению с проницаемостью индивидуального газа. Напротив, менее подвижный ("медленный") газ в составе смеси станет проходить через мембрану быстрее, чем в чистом состоянии. Расчеты показали, что реальная селективность может отличаться от идеальной в несколько раз.
Полученную модель ученые проверили экспериментально. Для этого через полимерную мембрану пропускали смесь углеводородов метана и бутана. Оказалось, что способность преодолевать мембрану у более легкого и быстрого метана снизилась на 84%, а у тяжелого и медленного бутана увеличилась на 39%. В итоге реальная селективность бутан/ метан выросла в девять раз по сравнению с идеальной. Такие экспериментальные результаты согласуются с предсказаниями модели.
"Предложенная нами модель впервые позволила оценить реальную селективность полимерных мембран по отношению к газовым смесям. Это позволит избежать неучтенных потерь, например, в процессе очистки водорода при получении топлива. В будущем мы планируем более подробно исследовать отклонение от идеальной селективности для различных типов мембранных материалов", - сказал главный научный сотрудник лаборатории полимерных мембран Института нефтехимического синтеза имени А. В. Топчиева РАН Владимир Волков, слова которого приводятся в сообщении.