Двухслойная мембрана позволит получить особо чистый кислород

Российские ученые разработали новую двухслойную мембрану для получения особо чистого кислорода из воздуха. Она может использоваться в микро- и наноэлектронике, фармацевтической промышленности и биотехнологии. Статья об исследовании опубликована в журнале ACS Applied Materials & Interfaces. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Разделение смеси газов, в том числе воздуха, — это важная часть химической промышленности. Благодаря этому процессу получают, например, чистый кислород, который в сжиженном виде используется в качестве окислителя ракетного топлива, а также служит реагентом для синтеза целого комплекса веществ. Этот чистый жидкий кислород получают, разделяя воздушную смесь на составляющие, — в основном на азот и кислород. Сейчас это делают в основном тремя методами: криогенным, адсорбционным и мембранным. Криогенный метод основан на том, что компоненты воздушной смеси переходят из газообразного состояния в жидкое при разных температурах. В адсорбционном методе используются особые вещества — сорбенты, — которые могут избирательно поглощать газы из окружающей среды. Мембранный метод основан на том, что мембрана выборочно пропускает через себя различные газы. Эффективность последнего метода и чистота газа целиком зависят от характеристик мембраны. Сотрудники ИМЕТ РАН разработали и получили двухслойный композитный мембранный материал на основе оксидов меди и ванадия, а также изучили его транспортные свойства. Этот материал состоит из плотного внешнего слоя (с высокой проводимостью ионов кислорода и электронов) и внутреннего слоя, в котором происходят окислительно-восстановительные реакции и барботирование кислорода — пропускание газа через жидкую среду. Внешний слой мембраны выступает в роли разделителя, внутренний — выполняет транспортную функцию, то есть переносит молекулы кислорода в реакционную среду. Ранее ученые уже получали расплавно-оксидные мембраны, однако они не были достаточно рентабельны для того, чтобы внедрить их в промышленное производство. Эту проблему исследователи решили в новой разработке. Мембрану получали в два этапа. На первом этапе ученые формировали керамический композитный материал, в которых входили оксиды меди и ванадия. На втором этапе его нагревали выше 816 °С, обдувая внешнюю сторону образца воздухом, а внутреннюю — гелием. В таком режиме образец выдерживали полчаса, после чего получался двухслойный материал, в котором внешний и внутренний слои содержали как твердую, так и жидкую фазы. «Разработанный нами мембранный материал имеет значительный инновационный потенциал для применения в технологии разделения газов, говорит руководитель работы Валерий Белоусов». Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru. Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.