Регистрация / Вход
Прислать материал

14.607.21.0083

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.607.21.0083
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова"
Название доклада
Разработка технологии получения фильтрационных мембран на основе нанопористых полимерных материалов для выделения и рециркуляции гомогенных катализаторов в процессах гидроформилирования для нефтехимии и органического синтеза
Докладчик
Максимов Антон Львович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка технологии получения фильтрационных мембран на основе нанопористых полимерных материалов с общей пористостью селективного слоя не менее 20% и превосходящих по проницаемости, как минимум, в 1,5 раза существующие аналоги для эксплуатации в жидких средах с вязкостью в широком интервале значений, как минимум, 0,5-130 мПа с, в частности для выделения и рециркуляции гомогенных катализаторов в процессах нефтехимии и органического синтеза с селективностью выделения не менее 95%
Актуальность и новизна исследования
Выделение гомогенных катализаторов из органических сред и их рециркуляция является важной задачей для современной химической промышленности. В нефтехимическом и органическом синтезе в качестве катализаторов широко используются дорогостоящие комплексы на основе переходных металлов (платина, рутений, палладий и т.п.). При этом отделение катализатора от конечных продуктов предполагает отгонку и часто сопровождается его частичной или полной дезактивацией. Самым крупномасштабным применением гомогенного металлоорганического катализа является гидроформилирование олефинового сырья (оксосинтез), позволяя получать свыше 50 наименований товарной продукции. Для процессов получения альдегидов для углеводородов тяжелее гексена-1, дистилляция как метод отделения катализатора от продуктов ведет к быстрому разрушению части лиганда и соответствующего каталитически активного комплекса. Часть металла переходит в каталитически неактивную форму.
Таким образом, для олефинов, отличных от бутена, путем решения проблемы рециркуляции гомогенных катализаторов является создание системы «каталитически активный комплекс – реакционная среда», специально адаптированной к «мягким» методам отделения катализатора от продукта. Единственным практически значимым решением данной проблемы является применение фильтрационных способов разделения, позволяющих удерживать каталитические системы при одновременном прохождении продуктов реакции и растворителя через мембрану. Применение фильтрационных способов разделения позволяет задерживать гомогенные катализаторы, в том числе и металлоорганические комплексы при одновременном прохождении продуктов реакции и растворителя через мембрану.
Описание исследования

Были получены экспериментальные образцы нанофильтрационных мембран на основе поли(1-триметилсилил-1-пропина)  и сополимеров  поли-1-триметил-силил-1-пропина и 3, 3, 3-трифторпропилдиметилсилил-1-пропина. Мембраны получались путём нанесения селективного слоя на пористую подложку методом kiss-coating. 

Проницаемость по целевому растворителю измерялась непосредственно путём фильтрации раствора через мембрану на стенде при приложении движущей силы – давления. Давление в ходе испытаний составляло 30 атм. В качестве фильтруемой жидкости использовалась смесь этанола и деканаля в соотношении 85/15. Данная смесь моделирует по своему составу реакционную смесь процесса гидроформилирования олефинов, где этанол – растворитель, а деканаль – продукт.

Порог отсечения по молекулярной массе определялся как молекулярная масса растворённого вещества с коэффициентом задерживания 90%. Для определения разделительной способности мембран определяли коэффициента задерживания для двух красителей Remazol Brilliant Blue R (ММ=626.54 г/моль) и Brilliat Blue R (ММ=825.97 г/моль).

Результаты исследования

Были получены экспериментальные образцы нанофильтрационных мембран на основе поли(1-триметилсилил-1-пропина)  и сополимеров  поли-1-триметил-силил-1-пропина и 3, 3, 3-трифторпропилдиметилсилил-1-пропина. Исследовано влияния условий формования нанофильтрационных мембран на их физико-химические и разделительные свойства. Была исследована устойчивость полученных мембран в спиртах С2-С10, альдегидах С4-С10, олефинах С6-С10. Установлено, что устойчивость мембран в различных растворителях не зависит от концентрации полимера в формовочном растворе и скорости нанесения полимерного покрытия. Устойчивость селективного слоя мембран в альдегидах зависит от типа использованного полимера. Все исследованные мембраны устойчивы альдегидах до С8. В то же время, устойчивость к альдегидам С9 и С10 снижается с увеличением содержания ТФПС в используемом полимере. При исследовании устойчивости селективного слоя мембран в спиртах было показано, что все используемые мембраны устойчивы к данному классу растворителей. Таким образом, спирты могут быть использрованы в качестве растворителей при проведении реакции гидроформилирования. В отличие от спиртов и альдегидов, стойкость к олефинам проявляют только мембраны с селективным слоем на основе полимера ТФПС-со-ТМСП с наибольшим содержанием ТФПС звеньев (41 %). Однако и остальные полимеры также могут быть использованы в процессе рециркуляции катализаторов, при проведении реакции в спиртовом растворе. Коэффициент проницаемости этанола в случае ТМСП-со-ТФПС, снижается с увеличение доли ТФПС звеньев. Такое поведение связано с тем, что при увеличении доли ТФПС пористость мембран снижается, что и приводит к уменьшению коэффиицента проницаемости, но также положительно сказывается на величине удерживания растворённых веществ. Наибольшей проницаемостью обладали образцы с селективным слоем на основе ПТМСП. Для всех образцов задерживающая способность красителей Remazol Brilliant Blue R и Brilliat Blue R была выше 90%. При этом, увеличение доли ТФПС в сополимерах ТМСП-со-ТФПС приводит к увеличению удерживания растворённых веществ, при снижении проницаемости мембран.

Практическая значимость исследования
Впервые осуществлено детальное комплексное исследование отдельных сложных процессов, в ходе которого изучены разделительные и физико-химические свойства фильтрационных мембран с учетом свойств исходных материалов, технологических условий процессов формования мембран, химической природы и концентрации компонентов формовочного раствора. На основании этих исследований были разработаны методы получения фильтрационных мембран на основе нанопористых полимерных материалов для выделения и рециркуляции гомогенных катализаторов в процессах нефтехимии и органического синтеза.