Перспектива полимерных мембран для рекуперации ксенона из сбросных медицинских газовых смесей
- Авторы: Жмакин В.В.1, Маркова С.Ю.1, Тепляков В.В.1, Шалыгин М.Г.1
-
Учреждения:
- Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН
- Выпуск: Том 13, № 2 (2023)
- Страницы: 128-136
- Раздел: Статьи
- URL: https://snv63.ru/2218-1172/article/view/674360
- DOI: https://doi.org/10.31857/S2218117223020086
- EDN: https://elibrary.ru/HZXUGL
- ID: 674360
Цитировать
Аннотация
Настоящая работа посвящена оценке коэффициентов проницаемости ксенона для широкого круга полимерных мембранных материалов, а также первичной экспериментальной проверке результатов расчета для материалов, используемых при производстве газоразделительных мембран. Акцент сделан на решении задачи разделения смеси О2/Хе, как базы ксенон-содержащих сбросных медицинских газовых смесей, из которых возможно проводить рекуперацию ксенона для его повторного использования. Оценка коэффициентов проницаемости ксенона проведена с использованием корреляционного подхода, связывающего молекулярные свойства газа с газопроницаемостью, и доступных литературных данных по проницаемости различных газов. Полученные результаты позволяют выделить на диаграмме Робсона для пары газов О2/Хе две основные группы мембранных полимеров: ксенон-селективные (каучуки на основе полисилоксанов и высокопроницаемые функциональные полиацетилены) и кислород-селективные (полиимиды, полимеры с внутренней микропористостью, перфторированные полимеры). Экспериментально исследованы: промышленная композиционная мембрана МДК с селективным слоем из силоксанового сополимера, лабораторные композиционные мембраны на основе ПСФ и ПВТМС. Полученные данные демонстрируют удовлетворительную сходимость экспериментальных величин с оценочными. На основании полученных результатов для рекуперации ксенона может быть рекомендована мембрана МДК как ксенон-селективная.
Ключевые слова
Об авторах
В. В. Жмакин
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного ЗнамениИнститут нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН
Email: mshalygin@ips.ac.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский просп., 29
С. Ю. Маркова
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного ЗнамениИнститут нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН
Email: mshalygin@ips.ac.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский просп., 29
В. В. Тепляков
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного ЗнамениИнститут нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН
Email: mshalygin@ips.ac.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский просп., 29
М. Г. Шалыгин
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного ЗнамениИнститут нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: mshalygin@ips.ac.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский просп., 29
Список литературы
- Xenon gas market, 2020. Global industry trend analysis 2012 to 2017 and forecast 2017-2025. [Электронный источник] https://www.persistencemarketresearch. com/market-research/xenon-gas-market.asp (дата обращения: 01.11.2022).
- Sikora B.J., Wilmer, Ch.E., Greenfield M.L., Snurr R.Q. // Chemical Science. 2012. V. 3. № 7. P. 2217–2223.
- Chen L., Reiss P., Chong S. et al. // Nature Mater. 2014. V. 13. P. 954–960.
- Михайлов С.Е., Рябов Д.В. Способ получения высокообогащенного ксенонового концентрата (варианты). Патент РФ № 2692188C1, 2018.
- Peters N., Schmidt H. Xenon Recovery from Methane-Containing Gases, DE102014008770A1, 2014.
- Sergeeva M.S., Mokhnachev N.A., Shablykin D.N., Vorotyntsev A.V., Zarubin D.M., Atlaskin A.A., Trubyanov M.M., Vorotyntsev I.V., Vorotyntsev V.M., Petukov A.N. // J. Natural Gas Science and Engineering. 2021. V. 86. 103740.
- Гузеев В.В., Нестеренко А.А. Способ получения концентрата ксенона и криптона. Патент РФ № 2685138C1, 2018.
- Волокитин Л.Б. и др. Способ извлечения ксенона из газовой смеси. Патент РФ № 2259522C1, 2004.
- Dingley J., Mason R.S. // Anesthesia and Analgesia. 2007. V. 105. P. 1312–1318.
- Georgieff M., Marx Th., Baeder S. Anesthesia arrangement for recovering gaseous anesthetic agents. US Patent 5520169A, 1996.
- Derwall M., Coburn M., Rex S., Hein M., Rossaint R., Fries M. // Minerva Anestesiol. 2009. V. 75. P. 37–45.
- Быков М.В., Багаев В.Г., Амчеславский В.Г. // Педиатрическая фармакология. 2014. Т. 11. № 3. С. 42–47.
- Аркус М.Л. // Вопросы наркологии. 2020. № 9(192). С. 75–87.
- Буров Н.Е., Макеев Г.Н. Способ регенерации ксенона из газонаркотической смеси наркозных аппаратов и устройство для его осуществления. Патент РФ № 2049487С1, 1995.
- Потапов В.Н., Потапов С.В., Школин А.В., Потапов А.В. Блок концентрирования ксенона и способ его эксплуатации. Патент РФ № 2670635С9, 2018.
- Буров Н.Е. и др. Способ регенерации ксенона из газонаркотической смеси наркозных аппаратов и установка для его осуществления. Патент РФ № 2 149 033, 2000.
- Thallapally P., Elsaidi S.K., Ongari D., Xu W., Mohamed M.H., Haranczyk M. // Chemistry A European J. 2017. V. 23. P. 10 758–10 762.
- Banerjee D., Simon C.M., Elsaidi S.K., Haranczyk M., Thallapally P.K. // Chem. 2018. V. 4. P. 466–494.
- Kizzie A.C., Wong-Foy A.G., Matzger A.J. // Langmuir. 2011. V. 27. P. 6368–6373.
- Feng X.H., Zong Z.W., Elsaidi S.K., Jasinski J.B., Krishna R., Thallapally P.K., Carreon M.A. // J. American Chemical Society. 2016. V. 138. P. 9791–9794.
- Wu T., Feng X., Elsaidi S.K., Thallapally P.K., Carreon M.A. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2017. V. 56. P. 1682–1686.
- Wu T., Lucero J., Crawford J.M., Sinnwell M.A., Thallapally P.K., Carreon M.A. // J. Membrane Science. 2019. V. 573. P. 288–292.
- Wang X., Zhang Y., Wang X., Andres-Garcia E., Du P., Giordano L., Wang L., Hong Zh., Gu X., Murad S., Kapteijn F. // Angewandte Chemie. 2019. V. 131. P. 15 664–15 671.
- Wang X., Karakiliç P., Liu X., Shan M., Nijmejer A., Winnubst L., Gascon J., Kapteijn F. // ACS Applied Materials & Interfaces. 2018. V. 10. P. 33574–33580.
- Malankowska M., Martins C.F., Rho H.S., Neves L.A., Tiggelaar R.M., Crespo J.G., Pina M.P., Mallada R., Gardeniers H., Coelhoso I.M. // J. Membrane Science. 2018. V. 545. P. 107–115.
- Assfour B., Dawahra S. // Annals of Nuclear Energy. 2020. V. 148. 107730.
- Lagorsse S., Magalhaes F.D., Mendes A. // J. Membrane Science. 2007. V. 301. P. 29–38.
- Иевлев А.Л., Тепляков В.В., Дургарьян С.Г., Наметкин Н.С. // Доклады АН СССР. 1982. Т. 264. № 6. С. 1421–1424.
- Jensvold J.A., Jeanes T.O. Membrane for separation of xenon from oxygen and nitrogen and method of using same. US Patent 6168649, 2001.
- Budd P.M., Msayib K.J., Tattershall C.E., Ghanem B.S., Reynolds K.J., McKeown N.B., Fritsch D. // J. Membrane Science. 2005. V. 251. P. 263–269.
- Nakagawa T. Science and Technology of Polymers and Advanced Materials. Springer, Boston, MA. 1998. P. 821–834.
- Teplyakov V., Meares P. // Gas Separation & Purification. 1990. V. 4. P. 66–74.
- Malykh O.V., Golub A.Yu., Teplyakov V.V. // Advances in Colloid and Interface Science. 2011. V. 164. P. 89–99.
- Тепляков В.В. // Журн. Всесоюзного химического общества. 1987. Т. 2. № 6. С. 693.
- Zhmakin V.V., Teplyakov V.V. // Separation and Purification Technology. 2017. V. 186. P. 145–155.
- Teplyakov V.V., Shalygin M.G., Kozlova A.A., Netrusov A.I. // Petroleum Chemistry. 2018. V. 58. P. 949–957.
- Марковa С.Ю., Пелзер М., Шалыгин М.Г. // Мембраны и мембранные технологии. 2021. Т. 11. № 6. С. 477–484.
- Иевлев А.Л. Селектвиная газопроницаемость силан-силоксановых блок-сополимеров. Канд. Диссертация. М., ИНХС АН, 1985.
- Старанникова Л.Э., Тепляков В.В., Дургарьян С.Г. // Высокомолекулярные соединения. 1986. Т. 28. С. 1266–1270.
- Тепляков В.В., Дургарьян С.Г. // Высокомолекулярные соединения. 1984. Т. 26. С. 1498–1505.
- Fuoco A., Bekir S., Uyar T., Monteleone M., Esposito E., Muzzi C., Tocci E., Longo M., De Santo M.P., Lanč M., Freiss K., Vopička O., Izák P., Jansen J.C. // J. Membrane Science. 2020. V. 594. 117460.
- Stern S.A. // J. Membrane Science. 1994. V. 94. P. 1–65.
- Yampolskii Yu., Pinnau I., Freeman B.D. Eds., Materials Science of Membranes for Gas and Vapor Separation, Wiley, Chichester. 2006.
- Low Z.-X., Budd P.M., McKeown N.B., Patterson D.A. // Chem. Rev. 2018. V. 118. P. 5871.
- Pinnau I., He Z., Morisato A. // J. Membrane Science. 2004. V. 241. P. 363–369.
- Wang R., Cao C., Chung T.-S. // J. Membrane Science. 2002. V. 198. P. 259–271.
- Kim T.H., Koros W.J., Husk G.R., O’Brien K.C. // J. Membrane Science. 1988. V. 37. P. 45–62.
- Calle M., Doherty C.M., Hill A.J., Lee Y.M. // Macromolecules. 2013. V. 46. P. 8179–8189.
- Liu B., Dai Y., Robertson G.P., Guiver M.D., Hu W., Jiang Z. // Polymer. 2005. V. 46. P. 11279–11287.
- McHattie J.S., Koros W.J., Paul D.R. // Polymer. 1991. V. 32. P. 840–850.
- Shishatskii A.M., Yampol’skii Yu.P., Peinemann K.-V. // J. Membrane Science. 1996. V. 112. P. 275–285.
- Choi S.-H., Randová A., Vopička O., Lanč M., Fuoco A., Jansen J.C., Freiss K. // J. Membrane Science. 2022. V. 648. 120343.
- PermSelect [Электронный источник] https://www.permselect.com/membranes (дата обращения: 26.10.2022).
- Baker R.W. Membrane technology and applications. 3rd ed., Wiley, 2012. 575 p.
- Reid B.D., Ruiz-Trevino F.A., Musselman I.H., Balkus K.J., Ferraris J.P. // Chemistry of Materials. 2001. V. 13. P. 2366–2373.
