Ученые МИФИ разработали методику создания уникальных полимерных мембран с углеродными нанотрубками

В последние годы большое количество фундаментальных и прикладных исследований посвящено изучению свойств полимерных материалов, содержащих различные наночастицы: цеолиты, углеродные нанотрубки, металлорганические каркасные структуры и т.д. При взаимодействии с наночастицами трансформируется структура полимеров, что приводит к существенному изменению физических свойств таких материалов, например, изменяются параметры диффузии молекул. Такие материалы (mixed matrix membrane) считают наиболее перспективными для модернизации мембранных технологий разделения жидкостей и газов.

Сотрудниками кафедры «Молекулярная физика» МИФИ совместно с коллегами из Института нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН (ИНХС РАН) разработаны методики модификации полимеров путем внедрения углеродных нанотрубок (УНТ). «Мы смогли определить условия формирования и необходимые параметры структуры из углеродных нанотрубок в полимере, которая обеспечивает существенное увеличение проницаемости мембраны к определенным жидкостям и газам. Разработанный в МИФИ программный пакет позволяет проводить моделирование и рассчитывать геометрические характеристики мембран и кластеров из нанотрубок в полимерах любых типов. Используя уникальный комплекс экспериментального оборудования, мы получили и исследовали образцы так называемых «перколяционных» мембран, транспортные свойства которых на порядок лучше, чем у существующих полимеров», – пояснил доцент кафедры №10 А.М. Грехов.

Растворы углеродных нанотрубок и образцы "перколяционных" мембран

При добавлении около 1% масс УНТ в поливинилтриметилсилан проницаемость таких материалов увеличилась в 5 раз для азота, в два раза для кислорода, в 4 раза для метана и в 15 раз для пропана. Такой материал открывает уникальные перспективы для решения актуальных задач, например, очистки природного газа, удаление СО₂ из воздуха, нанофильтрации органических смесей и т.д. В настоящее время разработанная методика синтеза гибридных мембран проходит апробацию для различных полимеров и готовится материалы для патентования.