ИСТИНА

В последние годы наблюдается огромный интерес к использованию 2D материалов для изготовления мембран. Двумерные материалы характеризуются сильными химическими связями в плоскости и слабыми связями между плоскостями. Используя методы химического расщепления, можно получить отдельные нанолисты оксида графена, дихалькогенидов переходных металлов, которые были успешно использованы для формирования 272 селективного слоя мембран. Основной механизм газоразделения в таких мембранах – молекулярно-ситовой, то есть степень разделения определяется разницей размером молекул. Следовательно, такие мембраны являются селективными по отношению к таким газам как водород и гелий [1]. Однако в литературе практически не освещена возможность использования мембран на основе слоистых двумерных соединений для решения других практических важных задач мембранного газоразделения, в частности – выделения углекислого газа и разделения углеводородов. Нанолисты на поверхности которых возможна специфическая сорбция углеводородов [2] могут быть использованы для их разделения. В связи с этим, целью данной работы было создание мембран селективных по отношению к тяжелым углеводородам с использованием в качестве селективного слоя нанолистов CdTe, покрытых олеиновой кислотой [3]. Для формирования селективного слоя использовался раствор нанолистов CdTe в толуоле со средним размером частиц 250 нм и концентрацией 0,36 г/л. Данный раствор был охарактеризован методом спектроскопии поглощения в УФ и видимой областях и просвечивающей электронной микроскопией (ПЭМ), также были изучены сорбционные характеристики таких частиц с использованием кварцевого микробаланса. Для формирования мембран раствор частиц CdTe был нанесен на поверхность мембран анодного оксида алюминия, со средним диаметром пор 40, 70 и 100 нм. Нанесение нанолистов производилось накапыванием раствора на подложку, которую затем раскручивали до 1800 об/мин в течение 30 секунд. Были изучены сорбционные свойства нанолистов. При абсолютном давлении в 1,5 атм в атмосфере СH4 и n-C4H10 сорбируется 4,71 и 48,06 мл (н.у.)/г (олеиновой кислоты) соответственно. По результатам измерения сорбции можно сделать вывод, что селективный слой состоящий из данных частиц должен обладать сорбционной селективностью по отношению к тяжелым углеводородам. Проницаемость композиционных мембран CdTe/AAO со средним диаметром пор подложки 40 нм по н-бутану составляет 2,43 м3/(м2·атм·ч), а по метану – 0,147 м3/(м2·атм·ч), что дает идеальную селективность в паре nC4/C1 равную 16,5. При измерении селективности на смеси, содержащей 14,5 об. % н-бутана фактор разделения равен – 7,5 при давлении сырьевой смеси 1 атм. Фактор разделения увеличивается при увеличении давления сырьевой смеси за счет увеличения сорбции конденсируемого газа. При давлении сырьевой смеси 6,9 атм фактор разделения возрастает до 16,6. С последующим увеличением давления сырьевой смеси происходит незначительное уменьшение фактора разделения, за счет поджатия нанолистов и соответственно уменьшения массопереноса конденсируемого газа в привитом слое. Для серии мембран с различным диаметром пор проницаемость уменьшается с увеличением диаметра пор анодного оксида алюминия. Уменьшение проницаемости можно объяснить толщиной селективного слоя. Для композиционной мембраны на подложке анодного оксида алюминия, синтезированной при напряжении 40 и 120 В, толщина селективного слоя 80 и 300 нм соответственно. Коэффициент проницаемости практически не изменяется, то есть проницаемость не зависит от диаметра пор подложки. Полученные композиционные мембраны являются селективными по отношению к углеводородам и могут быть перспективны для применения в процессах подготовки природного и попутно-нефтяного газа.