Эксπир
Регистрация / Вход

Научные основы технологии получения высокопористых тонкослойных мембран с управляемой наноструктурой из непрерывных термо- и хемостойких полимерных нановолокон методом электроспиннинга

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Внебюджетные средства
5 млн

Создание научно-технического задела по технологиям получения нановолокнистых и нанопористых термо- и химически стойких полимерных мембран с оптимальными функциональными характеристиками, адаптированными к современным системам очистки и разделения газов и жидкостей и необходимыми для разработки новых высокоэффективных систем

Этапы проекта

1
05.04.2007 - 31.07.2007
Цель первого этапа работы- обоснование выбора направлений исследований для создания научно-технических основ технологии получения нановолокнистых термо- и химически стойких полимерных высокопористых мембран, обладающих минимально возможным сопротивлением потоку и обеспечивающих высокоэффективную очистку газов и воздуха от взвешенных микро- и наночастиц.
Представлен анализ научно-технической и патентной литературы по методам получения полимерных нановолокон и нановолокнистых мембран методом электроспининга и анализ литературы по теории фильтрации запыленных газов волокнистыми, в том числе нановолокнистыми мембранами.
На основании проведенного анализа сформулированы возможные направления решения задач, поставленных в ТЗ НИР, по выбору классов волокнообразующих полимеров и их смесей, аппаратурного оформления процесса получения волокон, способов их наблюдения и контроля, способов получения и измерения наночастиц, способов нанесения наночастиц на волокна.
Модернизированы установки для получения нановолокон и нановолокнистых мембран. Приведены результаты предварительных экспериментальных исследований по получению нановолокон из различных классов полимеров и теоретических исследований по эффективности улавливания частиц из потока воздуха.
Обоснован выбор конкретных задач теории фильтрации, непосредственно относящихся к фильтрующим материалам из нановолокон.
Таким образом, в результате выполнения первого раздела проекта, сформулированы и обоснованы направления исследований по получению и испытанию фильтрующих мембран из нановолокон, сформулированы и обоснованы конкретные задачи теории фильтрации и экспериментально доказана возможность получения нановолокон и мембран с заданными характеристиками.
Результаты работ по первому этапу заслушаны и одобрены на заседании Ученого Совета института.
План первого этапа выполнен полностью.
Развернуть
2
01.08.2007 - 07.12.2007
Цель второго этапа работы- разработать и изготовить стенды для испытания нановолокнистых мембран, рассчитать оптимальных параметров мембран , обладающих максимальным критерием качества, предназначенных для промышленной фильтрации, провести теоретические исследования растворимости и совместимости полимеров, составить программу электроспининга полимерных растворов и дать расчет экономической эффективности от внедрения нановолокнистых мембран.
  При разработке стендов для испытания мембран были учтены особенности процесса осаждения частиц на нановолокна, а также рекомендаци международных стандартов, касающиеся выбора аэрозолей для испытания. В результате были созданы и отлажены стенд для экспресс - анализа диаметра нановолокон и стенд для исследования процесса фильтрации нановолокнистыми мембранами. Проведены предварительные испытания мембран.
Развит метод расчета оптимальных параметров фильтрующих материалов из нановолокон (радиуса волокон, плотности упаковки и толщины мембраны), которые обеспечат заданную эффективность улавливания частиц при наименьшем сопротивлении потоку. Мембраны, для которых найдены оптимальные параметры, обладают максимальным критерием качества и наилучшим образом соответствуют заданным условиям промышленной фильтрации.
В результате теоретических исследований растворимости и совместимости полимеров разной химической природы в разных органических растворителях даны рекомендации для изготовления исходных растворов, обладающих необходимыми свойствами для получения методом электроспининга полимерных волокон нанометрового диаметра.
Разработана программа исследования электроспининнгового процесса получения нановолокон из растворов различных полимеров, включающая реологические исследования, исследования образования нановолокон и их структурных и прочностных свойств, термо -хемостойкости, а также исследования гидродинамических и фильтрующих характеристик мембран из нановолокон. Составлены лабораторные технологические регламенты на получение экспериментальных образцов нановолокнистых мембран.
Проводились исследования экономической эффективности и представлены результаты расчетов эффективности от внедрения нановолокнистых мембран с ожидаемыми показателями на основе научного прогнозирования на время разработки, освоения и срока их морального старения.
Таким образом, в результате выполнения первого раздела проекта, разработаны и изготовлены стенды для испытания нановолокнистых мембран, рассчитаны оптимальные параметры мембран , обладающих максимальным критерием качества, предназначенных для промышленной фильтрации, проведены теоретические исследования растворимости и совместимости полимеров, составлена программа электроспининга полимерных растворов и дан расчет экономической эффективности от внедрения нановолокнистых мембран.
Результаты работ по второму этапу заслушаны и одобрены на заседании Ученого Совета Отдела аэрозолей (7 докторов и 14 кандидатов наук).
План второго этапа выполнен полностью.
Развернуть
3
01.01.2008 - 30.06.2008
Разработана технология получения нановолокнистых мембран,
  Изготовлены экспериментальные образцы и исследованы их свойства.
  Проведены испытания фильтров из нановолокнистых мембран, и показано, что они обладают максимальным критерием качества, по сравнению с другими традиционными фильтрующими материалами, используемыми для тонкой очистки газов от взвешенных частиц.
Развернуть
4
01.07.2008 - 31.10.2008
Получены экспериментальные данные для реальных мембран, обеспечивающих очистку воздуха от наночастиц на несколько порядков.
  Разработана технология получения микроволокон из расплава полимера, определены пути уменьшения диаметров волокон.
  В качестве модельных фильтров рассмотрены системы из цилиндров разного диаметра, которые позволили обосновать перспективность бидисперсных мембран в качестве эффективного средства очистки воздуха от взвешенных частиц.
  На данном этапе подготовлены две заявки (на патент и на полезную модель)
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.3 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области индустрии наносистем
Тема
Отработка научных основ технологии получения функциональных мембран с управляемой наноструктурой на основе термо- и химически стойких полимерных материалов
Продолжительность работ
2007 - 2008, 19 мес.
Бюджетные средства
60 млн
Количество заявок
8
Тема
Разработка методов синтеза высокоэффективных композиционных мембранных элементов для глубокой очистки водорода.
Продолжительность работ
2012 - 2013, 17 мес.
Бюджетные средства
15 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка методов получения полимерных материалов на основе стирола, модифицированных фуллеренами и фуллероидными материалами, с улучшенными эксплуатационными характеристиками.
Продолжительность работ
2008, 2 мес.
Бюджетные средства
2,5 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка технологии получения фильтрационных мембран на основе нанопористых полимерных материалов для выделения и рециркуляции гомогенных катализаторов в процессах нефтехимии и органического синтеза
Продолжительность работ
2014 - 2016, 26 мес.
Бюджетные средства
30 млн
Количество заявок
2
Тема
Исследования и разработка высокоэффективных наноструктурированных полимерных мембран для выделения углекислого газа из дымовых газов с участием научных организаций Нидерландов.
Продолжительность работ
2009 - 2010, 16 мес.
Бюджетные средства
4 млн
Количество заявок
1