Металл-полимерные композитные мембраны для выделения водорода из газовых смесей

Актуальность

Водородная энергетика как альтернатива применению традиционных ископаемых углеводородов активно развивается в последние годы во всём мире. Прогресс в этой области в значительной степени обусловлен созданием эффективных способов выделения водорода из газовых смесей, являющихся первичным продуктом в целом ряде промышленных процессов. Одна из наиболее перспективных технологий газоразделения основана на применении мембран, обеспечивающих высокую и избирательную проницаемость по одному из компонентов газовой смеси.

Цель

Изучение композитных мембранных материалов, состоящих из полимерной матрицы и активного металлического наполнителя, обладающего высоким сродством к водороду.

Задачи

1. Определение водородсорбционных свойств ИМС.

2. Синтез композитов и формование мембраны.

3. Определение структуры и морфологии композитной мембраны.

4. Изучение газотранспортных свойств мембраны.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Волюметрическая установка Сивертса
• Шаровая планетарная мельница АГО-2
• Барометрическая установка GRSS
• Электронный микроскоп Vega3 XM TESCAN

Описание

Этапы исследования:

• гидрирование ИМС и построение изотерм давление–состав;
• механоактивационная обработка смесей порошков ИМС и полимера;
• формование мембран методом горячего прессования;
• изучение влияния гидрирования на параметры кристаллической структуры ИМС;
• определение проницаемости мембран по отношению к H₂, CH₄, CO₂ и N₂, расчёт селективности.

Методы исследования:

• волюметрическое определение водородсорбционных свойств ИМС,
• механоактивационная обработка,
• синтез мембран методом прессования,
• определение газотранспортных свойств мембран,
• рентгенофазовый анализ,
• электронная микроскопия.

Результаты работы/выводы

В результате работы:

• исследовано взаимодействие с водородом сплава LaNi₅;
• построены изотермы абсорбции и десорбции водорода при температурах 298, 313, 333 К;
• синтезированы композитные мембраны на основе полиэтилена и LaNi₅.

Исследование проницаемости синтезированных мембран показало, что введение в полимер LaNi₅ значительно повышает селективность по отношению к водороду.

Перспективы использования результатов работы

В перспективе – возможность использования в системах выделения водорода из отходящих промышленных газов.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

МГУ имени М. В. Ломоносова, химический факультет, кафедра химической технологии и новых материалов