Сотрудники Института катализа СО РАН, ученые из лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем НГУ Даниил Колоколов и Александр Степанов совместно с коллегами из Ганноверского университета им. Лейбница и Аугсбургского университета (Германия) внесли значительный вклад в понимание механизма разделения углеводородов нанопористыми материалами – металл-органическими координационными полимерами.

Это стало продолжением исследований, направленных на получение новых микропористых материалов — металл-органических каркасов с контролируемыми функциональными свойствами, которые основаны на принципах направленного молекулярного дизайна. Новосибирские ученые внесли основной вклад в изучение структурной подвижности новых материалов и наглядно показали, что дизайн органического линкера позволяет направленно регулировать скорость и другие параметры вращения подвижных молекулярных фрагментов структуры.

Международный авторский коллектив научился управлять процессом разделения углеводородов посредством изменения газопроницаемости мембран, сделанных из этих материалов, с помощью электрических полей. Этот подход может существенно упростить производство пластмасс, таких как, например, полиэтилен или полипропилен, что поможет значительно снизить издержки их производства. Результаты исследования международного научного коллектива опубликованы в авторитетном журнале Science.

Производство высокочистого пропилена для полимеризации в пластмассовый полипропилен (ПП) является весьма энергоемким. Обычно отделение пропилена от других углеводородов (пропана) осуществляется с помощью криогенного процесса дистилляции при температуре до -40 градусов Цельсия. Однако проще этот процесс можно осуществить с помощью нанопористой газоразделительной мембраны, состоящей из металл-органических координационных полимеров (MOF), то есть из плотного слоя нанопористых кристаллов. MOF обладают регулируемыми размерами пор, которые могут быть близки к размерам молекул компонентов природного газа - пропану и пропилену, и поэтому способны проявлять молекулярно-ситовые свойства. Кристаллы МОF обладают дышащими свойствами, то есть могут изменять размер и доступность пор при внешних воздействиях.

Новосибирские ученые показали, что в перспективном с точки зрения разделения легких углеводородов MOF ZIF-8 при обычных температурах органический каркас весьма подвижен, многочисленные беспорядочные колебания решетки размывают эффективный размер пор, вследствие чего разделение пропана и пропилена не является эффективным. Однако беспорядочные скелетные колебания каркаса в кристалле MOF можно дефибриллировать приложенным электрическим полем. При этом органические лиганды, образующие каркас и формирующие внутреннюю систему пор, выстраиваются в определенной последовательности, увеличивая и фиксируя таким образом эффективные размеры пор. Разделение пропилена и пропана при этом значительно улучшается при разнице в размерах между молекулами пропана и пропилена всего в 0,03 нм. Именно поэтому разделение двух углеводородов с помощью мембранной технологии может стать экологически и экономически обоснованным.

По словам Даниила Колоколова, этот результат, с одной стороны, имеет важное фундаментальное значение, а с другой - получился благодаря успешному технологическому применению материалов нового типа. На сегодняшний день ученые смогли еще дальше продвинуться в способах контроля за структурой и подвижностью каркаса этих новых материалов.

Безымянный.png 


Текст статьи «Defibrillation of Soft Porous Metal-Organic Frameworks with Electric Fields» доступен по ссылке: http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aal2456

Похожие новости

  • 17/08/2017

    В новосибирском Академгородке прошла конференция «Графен: Молекула и 2D-кристалл»

    В Новосибирском государственном университете завершилась вторая российская конференция "Графен: Молекула и 2D-кристалл". Ее участниками стали 110 специалистов из России (Москвы, Новосибирска, Санкт-Петербурга, Черноголовки, Дубны, Якутска, Омска, Томск, Кемерово, Красноярска, Екатеринбурга, Улан-Удэ, Уфы, Челябинска), США, Беларуси, Испании, Германии и Великобритании.
    1296
  • 09/06/2018

    Андрей Травников поздравил ученых ИК СО РАН с 60-летием института

    ​Глава региона обратился с приветственным словом к участникам и гостям торжественного мероприятия, посвященного 60-летию со дня основания ФГБУ науки Института катализа им. Г. К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук.
    347
  • 15/09/2016

    Валерий Бухтияров: катализ - междисциплинарная область науки

    ​Чаепития в Академии" — постоянная рубрика Pravda.Ru. Писатель Владимир Губарев беседует с выдающимися учеными. Сегодня мы публикуем интервью с членом-корреспондентом РАН, доктором химических наук, специалистом в области физико-химии поверхности, гетерогенного катализа и функциональных наноматериалов Валерием Бухтияровым.
    1489
  • 24/11/2017

    Юрий Аристов: суровый климат России может стать ее конкурентным преимуществом

    ​Альтернативная энергетика подразумевает возможность получать тепло и энергию из того, чего много: где-то хватает солнечных дней, где-то — ветра, а чего предостаточно в Сибири? Правильно, холода. Учёные из Института катализа им.
    868
  • 16/10/2017

    Директор ИК СО РАН академик Валерий Бухтияров о 13-м Европейском конгрессе по катализу: научные и ненаучные аспекты

    Крупнейший в Европе форум по катализу 13-й Европейский конгресс EuropaCat прошел с 27 по 31 августа во Флоренции, Италия. В работе конгресса приняла участие большая делегация Института катализа СО РАН.
    1458
  • 25/08/2017

    Новосибирские химики - о биоразлагаемаых упаковках

    ​Словосочетанием «биоразлагаемая упаковка» сегодня мало кого удивишь. Подобную маркировку имеют многие товары. Однако, как отмечают эксперты, далеко не всегда декларируемые свойства соответствуют действительности.
    827
  • 19/04/2017

    Валерий Бухтияров: имя Борескова позволяет нам привлекать ведущих ученых

    В новосибирском Академгородке стартовала IV международная конференция "Боресковские чтения", на которую съехались ведущие представители каталитической науки от США до Японии. К мероприятию также планируется приурочить первое заседание Научно-технического комитета Комплексного плана научных исследований "Ресурсо- и энергоэффективные катализаторы и процессы", цель которого - создать площадку взаимодействия академических институтов с государством и бизнесом.
    1945
  • 28/06/2016

    Валерий Бухтияров: главная проблема нашей науки - невостребованность экономикой научных результатов

    Современная наука, в частности химия, стремительно меняет свои приоритеты, и уследить за этим процессом нелегко. В первую очередь это касается катализа — той области науки, которая несет в себе черты не только химии, но и физики, математики, биологии.
    1547
  • 09/06/2017

    О самых перспективных разработках в области альтернативной энергетики

    ​Как в ближайшем будущем мы сможем получать электричество и обогревать дома? Что позволит людям слетать на Марс? Казалось бы, уже давно открыты и работают основные источники электроэнергии и тепла. Но не все так просто.
    1649
  • 27/04/2017

    Академический, прикладной, эффективный: интервью академика Валентина Николаевича Пармона

    ​Научный руководитель Института катализа СО РАН академик Валентин Пармон считает, что настоящее мерило достижений ученого в технических науках — промышленные технологии. Валентин Пармон — один из самых авторитетных в мире ученых в области катализа и фотокатализа, химических методов преобразования энергии, нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, термодинамики неравновесных процессов.
    1145