Материалы

Рекомендуемые обзоры

Тематики обзоров:

• Общие
• Композититные и гибридные мембраны
• Микро-, ультра-, нанофильтрация и обратный осмос
• Мембранный катализ и топливные элементы

Общие

Мембраны и нанотехнологии
Волков В.В., Мчедлишвили Б.В., Ролдугин В.И., Иванчев С.С., Ярославцев А.Б.
Российские нанотехнологиии, 2008. Т.3, №11-12. С. 67-99
Рассмотрено современное состояние мембранной науки, основные области применения мембран и перспективы дальнейших исследований, связанных с развитием нанотехнологий. Детально проанализированы возможности использования высокопроницаемых полимерных стекол, металлических и керамических мембран для разделения газов, получения спиртов и высокочистых веществ, в том числе водорода, а также нанофильтрации водных и органических сред. Описаны способы и механизмы формирования трековых мембран. Отмечены подходы, позволяющие получать треки сложной геометрии. Отдельно рассмотрены ионообменные мембраны и специфические характеристики полимерных протонпроводящих электролитов, составляющих основу топливных элементов. Прослежен характер изменения свойств мембран при их модификации органическими и неорганическими добавками. Значительное внимание уделено недавно обнаруженному эффекту асимметрии транспорта в наноразмерных мембранах. Обсуждены механизмы, определяющие асимметрию транспорта электролитов и газов.

Композититные и гибридные мембраны

Перфторированные ионообменные мембраны
Ярославцев А.Б
Высокомолекулярные соединения, сер.А. 2013, Т.55, №11. С. 1367–1392
В обзоре рассмотрено химическое строение и синтез перфторированных сульфокатионитных мембран, наиболее известными представителями которых являются материалы Nafion, МФ-4СК, Flemion, Aciplex-S и Dow. Особое внимание уделено основным закономерностям формирования микроструктуры и ее взаимосвязи с протеканием транспортных процессов и селективностью мембран. Описаны основные подходы к модификации ионообменных материалов, в первую очередь сводящиеся к получению гибридных мембран, содержащих наночастицы неорганических веществ. Отмечено, что главной причиной повышения проводимости и селективности гибридных мембран является изменение структуры пор и каналов и распределения концентрации носителей в них. Приведены также некоторые примеры практического использования перфторированных мембран в современных технологиях.

Взаимосвязь свойств гибридных ионообменных мембран с размерами и природой частиц допанта
Ярославцев А.Б.
Российские нанотехнологиии, 2012. Т.7, №9-10. С. 8-18
Обзор посвящен описанию свойств гибридных мембран, состоящих из высокомолекулярных катионообменных мембран и наночастиц неорганических соединений. Обсуждаются способы получения гибридных мембран, их проводящие свойства при высокой и низкой влажности, селективность процессов переноса и механические свойства. Эти свойства рассматриваются на основе недавно разработанной модели ограниченной эластичности стенок пор мембран, которая была предложена для объяснения изменения ионной проводимости мембран. В данном обзоре эта модель развита для объяснения других свойств мембран, в том числе их селективности и механической прочности.

Композиционные материалы с ионной проводимостью – от неорганических композитов до гибридных мембран
Ярославцев А.Б.
Успехи химии, 2009, Т.78, №11. С. 1094-1112
Обобщены сведения о мембранах с ионной проводимостью, в то числе неорганических композитах и гибридных высокомолекулярных ионообменных мембранах, содержащих наночвастицы неорганических веществ или полимеров. Рассмотрены природа эффекта увеличения ионной проводимости в материалах такого типа и основные подходы, используемые для теоретической оценки их проводимости. Приведены сведения об ионной проводимости и некоторых других важных свойствах композитов и мембранных материалов. Кратко обсуждены возможности использования композиционных материалов и гибридных мембран в водородной энергетике.

Ионообменные мембранные материалы: свойства, модификация и практическое применение
Ярославцев А.Б., Никоненко В.В.
Российские нанотехнологиии, 2009. Т.4, №3. С. 33-53
В данном обзоре обобщены современные представления о строении и свойствах одного из наиболее востребованных классов наноматериалов – ионообменных мембран. Приведены данные об их транспортных свойствах, применении в электродиализе и в альтернативной энергетике, способах их модификации, приводящих к изменению проводящих и селективных свойств мембран, и о некоторых аспектах их использования в современных технологиях.

Микро-, ультра-, нанофильтрация и обратный осмос

Современные модели процессов нанофильтрации органических растворителей
Грехов А.М., Юшкин А.А., Царьков С.Е., Филиппов А.Н., Волков А.В.
Серия. Критические технологии. Мембраны, 2010. Т.47, №3. С. 18-40
По характерным размерам отсекаемых частиц и величинам движущих сил процессы нанофильтрации занимают промежуточное положение между обратным осмосом и ультрафильтрацией. В первом случае транспорт через мембрану преимущественно осуществляется по диффузионному механизму, в то время как для процессов ультрафильтрации основным является конвективный поток через мембрану. Поэтому для описания режима нанофильтрации растворителей через мембраны необходимо учитывать как конвективный, так и диффузионный механизмы транспорта, а при фильтрации электролитов также и электромиграцию ионов.
Настоящий обзор посвящён моделям транспорта органических растворителей через нанофильтрационные мембраны. Проведён анализ ряда существующих моделей для описания транспорта органических растворителей через нанофильтрационные мембраны. В большинстве из них процесс массопереноса через мембраны рассматривается, как комбинация диффузионного и конвективного потоков. Наибольшее влияние на величину потока растворителей через мембраны, в соответствии с приведёнными моделями, оказывают вязкость, поверхностное натяжение и мольный объём растворителя, а также поверхностная энергия материала мембраны.
В ряде работ показано, что процессы транспорта растворителей через нанофильтрационные мембраны зависят и от структуры самих мембран. Тем не менее, большинство развитых в последние годы моделей для описания процессов нанофильтрации органических сред через полимерные мембраны никак не учитывается возможное изменение структуры мембраны при контакте с растворителями. Кроме того, рассмотренные модели носят эмпирический характер и удовлетворительно описывают процессы нанофильтрации лишь для части возможных комбинаций систем мембрана – растворитель.

Нанофильтрация органических сред: перспективы и области применения
Волков А.В., Корнеева Г.А., Терещенко Г.Ф.
Успехи химии, 2008, Т.77, №11. С. 1053-1064
Представлены основные направления исследований в новой области мембранной науки и технологии — нанофильтрации органических (неводных) сред. Рассмотрены перспективы ее использования в химической, нефтехимической и пищевой промышленности. Особое внимание уделено мембранам, разработанным для этого метода.

Полимерные материалы и мембраны для нанофильтрации органических сред
Паращук В.В., Волков А.В.
Серия. Критические технологии. Мембраны, 2008. Т.37, №1. С. 25–35
Нанофильтрация органических (неводных) сред является перспективной малоэнергоемкой технологией, способной решать многие разделительные задачи, прежде всего, в нефтехимической, химической и пищевой промышленности. Для успешной и эффективной реализации процесса нанофильтрации органических сред используемая мембрана должна обладать механической и химической стабильностью в органических средах, демонстрировать высокие значения удерживания целевых компонентов и транспорта органического растворителя. В данной работе рассмотрены основные полимерные материалы и мембраны на их основе, на базе которых созданы нанофильтрационные мембраны для неводных сред – высокопроницаемые (прежде всего, полиацетилены) и низкопроницаемые полимерные стекла (например, полиамиды, полиимиды, полисульфоны), а также высокопроницаемые эластомеры (прежде всего, сшитые силиконовые каучуки).

Мембранный катализ и топливные элементы

Мембранный катализ в процессах дегидрирования и производства водорода
Басов Н.Л., Ермилова М.М., Орехова Н.В., Ярославцев А.Б.
Успехи химии, 2013. Т.82. №4. С. 352-368
Представлен обзор публикаций  по применению мембранного катализа в процессах дегидрирования органических соединений и при получении водорода. Показано, что интегрирование  мембранных реакторов в установки получения водорода высокой чистоты вызывает все возрастающий интерес как в мембранном научном сообществе, так и у технологов-практиков. Наиболее перспективными процессами получения водорода в мембранных реакторах представляются процессы паровой и окислительной конверсии метана и парового риформинга низших спиртов.

Наночастицы металлов в полимерных каталитических мембранах и ионообменных системах для глубокой очистки воды от молекулярного кислорода
Волков В.В., Кравченко Т.А., Ролдугин В.И.
Успехи химии, 2013. Т.82. №4. С. 465-482
Рассмотрены способы получения наночастиц металлов и нанокомпозитов металл/полимер, в том числе ионообменных материалов. Проанализировано влияние состава и размеров наночастиц на их каталитическую активность. Особое внимание уделено композитам, использующимся в каталитических процессах, — каталитическим мембранам и ионообменным системам. Обсуждены проблемы удаления растворенного кислорода из воды с помощью таких композитов.

Наноматериалы для низкотемпературных топливных элементов
Ярославцев А.Б., Добровольский Ю.А., Шаглаева Н.С., Фролова Л.А., Герасимова Е.В., Сангинов Е.А.
Успехи химии, 2012. Т.81, №3. С. 191-220
Обобщены данные о наноструктурированных материалах, применяемых для конструирования низкотемпературных топливных элементов. Проанализированы причины увеличения ионной проводимости гибридных мембран, содержащих наночастицы неорганических веществ. Обобщены подходы к повышению эффективности платиновых катализаторов, в соответствии с которыми предусматривается переход от традиционных к наноразмерным катализаторам, в том числе к полимерным системам типа «ядро-оболочка». Рассмотрены гипотезы, объясняющие причины увеличения стабильности таких катализаторов по отношению к примесям монооксида углерода.

Мембранные каталитические системы для конверсии алканов С₂-С₄
Орехова Н.В., Кустов Л.М., Кучеров А.В., Финашина Е.Д., Ермилова М.М., Ярославцев А.Б.
Российские нанотехнологиии, 2012. Т.7, №11-12. С. 21-31
В обзоре рассмотрены каталитические процессы для неокислительного и окислительного дегидрирования алканов С₂-С₄, включая системы с обычным катализатором и процессы, проводимые с использованием мембранного катализа. В последних существенное преимущество имеют системы с окислительным дегидрированием алканов. При этом в реакторах могут использоваться как пористые мембраны, так и твердые электролиты с проводимостью по ионам кислорода.