Томские ученые разработали наномембранный реактор для производства биотоплива
Междисциплинарный коллектив ученых Томского политехнического университета (ТПУ) разработал наномембранный реактор для производства биотоплива. Особый состав деталей реактора делает его прочнее и устойчивее к агрессивным химическим средам в сравнении с аналогами, а метод электроформования позволяет создавать реактор с «программируемыми» характеристиками. По расчетам ученых, такой метод может в два раза сократить время приготовления биотоплива. Состав деталей реактора и способ их изготовления запатентованы.
Над проектом работали ученые лаборатории тепломассопереноса, Научно-образовательного центра им. Б.П. Вейнберга, Центра аддитивных технологий общего доступа и Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ.
«Сердце» наномембранного реактора представляет собой полупроницаемую полимерную мембрану, изготовленную методом многоканального электроформования из отечественного полимерного материала сополимера винилиденфторида с тетрафторэтиленом — полимера, обладающего превосходной химической стойкостью в отношение минеральных масел, кислот и щелочей. Особая структура порового пространства реактора, представляющая собой систему взаимосвязанных пор, позволяет существенно улучшить процессы разделения и фильтраций при приготовлении топлива», — отметил один из авторов разработки, научный сотрудник НОЦ им. Б.П. Вейнберга Евгений Больбасов.
Разработанная в Томском политехе система многоканального электроформования позволяет ученым создавать мембраны для реактора размером 300×400 мм с толщиной стенки до 300 мкм и диаметром волокон до 1,55 мкм. Это обеспечивает высокую удельную поверхность мембраны. При этом регулирование параметров процесса электроформования в режиме реального времени, позволяет точно регулировать ее пористость, толщину и однородность.
Для оценки долговечности и эффективности наномембранного разработанного реактора политехники провели серию экспериментов по приготовлению биотоплива. После каждого приготовления, они измеряли вязкость, плотность, цетановое число и температуру вспышки полученного биотоплива. Полученные характеристики образцов биотоплива полностью соответствуют требованиям, предъявляемым к метиловым эфирам жирных кислот и применяемым в качестве биотоплива для дизельных двигателей.
Ученые отмечают, что с каждым годом рынок биотоплива растет, а ключевым элементом в его производстве становятся наномембранные реакторы, благодаря их высокой эффективности в процессах разделения и очистки. Реактор, разработанный в ТПУ, устойчив к температурам до 150–170 °C. Это делает его пригодным для многих промышленных процессов. Мембраны реактора можно использовать в биореакторах для ферментации, микро- и ультрафильтрации, очистки воды, фармацевтических растворов или разделения биопродуктов. При добавлении в состав мембран наночастиц (оксиды металлов, углеродные нанотрубки, графен) можно улучшить их механические, термические или каталитические свойства.
Исследование поддержано Минобрнауки России по программе «Приоритет-2030».