Ученые ТПУ разработали наномембранный реактор для производства биотоплива

06.02.25 11:47

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.

 

«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 отношении 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», — отмечает один из авторов разработки, научный сотрудник НОЦ им. Б.П. Вейнберга Евгений Больбасов. 

 

Разработанная в Томском политехе система многоканального электроформования позволила ученым ТПУ создавать мембраны для реактора размером 300×400 миллиметров с толщиной стенки до 300 микрометров и диаметром волокон до 1,55 микрометра. Это обеспечивает высокую удельную поверхность мембраны. При этом регулирование параметров процесса электроформования в режиме реального времени позволяет точно регулировать пористость, толщину и однородность мембраны.

 

Для оценки долговечности и эффективности наномембранного реактора политехники провели серию экспериментов по приготовлению биотоплива. После каждого приготовления они измеряли вязкость, плотность, цетановое число и температуру вспышки полученного биотоплива. Измеренные характеристики образцов биотоплива полностью соответствуют требованиям ГОСТ Р 53605-2009, предъявляемым к метиловым эфирам жирных кислот и применяемым в качестве биотоплива для дизельных двигателей.

 

«Согласно аналитическим исследованиям, с каждым годом рынок биотоплива растет, что связано с увеличением спроса на возобновляемые источники энергии и снижением зависимости от ископаемого топлива. Наномембранные реакторы, благодаря их высокой эффективности в процессах разделения и очистки, становятся ключевым элементом в производстве биотоплива. Ожидается, что их доля на рынке будет расти быстрее, чем традиционные технологии. В будущем такие наномембранные реакторы можно будет использовать в переработке органических отходов в биотопливо. Использование наномембранного реактора также позволит снизить общее время приготовления топлива до 1,5 часа вместо трех», — добавляет студентка магистратуры ТПУ Владлена Чоботова.

 

Наномембранный реактор ТПУ устойчив к температурам до 150–170 °C. Это делает его пригодным для многих промышленных процессов. Так, мембраны могут быть модифицированы каталитическими наночастицами (палладием, платиной, никелем) для использования в процессах гидрирования, дегидрирования или окисления. Мембраны реактора можно использовать в биореакторах для ферментации, микро- и ультрафильтрации, очистки воды, фармацевтических растворов или разделения биопродуктов. Кроме этого при добавлении в состав мембран наночастиц (оксиды металлов, углеродные нанотрубки, графен) можно улучшить их механические, термические или каталитические свойства.

 

В будущем ученые планируют масштабировать полученные результаты для изучения и подтверждения использования наномембранного реактора для приготовления биотоплива высокого качества, соответствующего ГОСТ Р 53605-2009, на производстве.

 

Над проектом работали ученые лаборатории тепломассопереноса, Научно-образовательного центра Б.П. Вейнберга, Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ, Центра аддитивных технологий общего доступа ПИШ ТПУ.

 

Фото: пресс-служба Томского политехнического университета

Читайте также: