The Potential of Polymer Membranes for Recovery of Xenon from Medical Waste Gas Mixtures

V. V. Zhmakin; Жмакин В. В.; S. Yu. Markova; Маркова С. Ю.; V. V. Teplyakov; Тепляков В. В.; M. G. Shalygin; Шалыгин М. Г.

doi:10.31857/S2218117223020086

Перспектива полимерных мембран для рекуперации ксенона из сбросных медицинских газовых смесей

Авторы: Жмакин В.В.¹, Маркова С.Ю.¹, Тепляков В.В.¹, Шалыгин М.Г.¹
Учреждения:
1. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН
Выпуск: Том 13, № 2 (2023)
Страницы: 128-136
Раздел: Статьи
URL: https://ogarev-online.ru/2218-1172/article/view/137999
DOI: https://doi.org/10.31857/S2218117223020086
EDN: https://elibrary.ru/HZXUGL
ID: 137999

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Настоящая работа посвящена оценке коэффициентов проницаемости ксенона для широкого круга полимерных мембранных материалов, а также первичной экспериментальной проверке результатов расчета для материалов, используемых при производстве газоразделительных мембран. Акцент сделан на решении задачи разделения смеси О₂/Хе, как базы ксенон-содержащих сбросных медицинских газовых смесей, из которых возможно проводить рекуперацию ксенона для его повторного использования. Оценка коэффициентов проницаемости ксенона проведена с использованием корреляционного подхода, связывающего молекулярные свойства газа с газопроницаемостью, и доступных литературных данных по проницаемости различных газов. Полученные результаты позволяют выделить на диаграмме Робсона для пары газов О₂/Хе две основные группы мембранных полимеров: ксенон-селективные (каучуки на основе полисилоксанов и высокопроницаемые функциональные полиацетилены) и кислород-селективные (полиимиды, полимеры с внутренней микропористостью, перфторированные полимеры). Экспериментально исследованы: промышленная композиционная мембрана МДК с селективным слоем из силоксанового сополимера, лабораторные композиционные мембраны на основе ПСФ и ПВТМС. Полученные данные демонстрируют удовлетворительную сходимость экспериментальных величин с оценочными. На основании полученных результатов для рекуперации ксенона может быть рекомендована мембрана МДК как ксенон-селективная.

Ключевые слова

полимерные мембраны, мембранное разделение газов, ксенон

Список литературы

Xenon gas market, 2020. Global industry trend analysis 2012 to 2017 and forecast 2017-2025. [Электронный источник] https://www.persistencemarketresearch. com/market-research/xenon-gas-market.asp (дата обращения: 01.11.2022).
Sikora B.J., Wilmer, Ch.E., Greenfield M.L., Snurr R.Q. // Chemical Science. 2012. V. 3. № 7. P. 2217–2223.
Chen L., Reiss P., Chong S. et al. // Nature Mater. 2014. V. 13. P. 954–960.
Михайлов С.Е., Рябов Д.В. Способ получения высокообогащенного ксенонового концентрата (варианты). Патент РФ № 2692188C1, 2018.
Peters N., Schmidt H. Xenon Recovery from Methane-Containing Gases, DE102014008770A1, 2014.
Sergeeva M.S., Mokhnachev N.A., Shablykin D.N., Vorotyntsev A.V., Zarubin D.M., Atlaskin A.A., Trubyanov M.M., Vorotyntsev I.V., Vorotyntsev V.M., Petukov A.N. // J. Natural Gas Science and Engineering. 2021. V. 86. 103740.
Гузеев В.В., Нестеренко А.А. Способ получения концентрата ксенона и криптона. Патент РФ № 2685138C1, 2018.
Волокитин Л.Б. и др. Способ извлечения ксенона из газовой смеси. Патент РФ № 2259522C1, 2004.
Dingley J., Mason R.S. // Anesthesia and Analgesia. 2007. V. 105. P. 1312–1318.
Georgieff M., Marx Th., Baeder S. Anesthesia arrangement for recovering gaseous anesthetic agents. US Patent 5520169A, 1996.
Derwall M., Coburn M., Rex S., Hein M., Rossaint R., Fries M. // Minerva Anestesiol. 2009. V. 75. P. 37–45.
Быков М.В., Багаев В.Г., Амчеславский В.Г. // Педиатрическая фармакология. 2014. Т. 11. № 3. С. 42–47.
Аркус М.Л. // Вопросы наркологии. 2020. № 9(192). С. 75–87.
Буров Н.Е., Макеев Г.Н. Способ регенерации ксенона из газонаркотической смеси наркозных аппаратов и устройство для его осуществления. Патент РФ № 2049487С1, 1995.
Потапов В.Н., Потапов С.В., Школин А.В., Потапов А.В. Блок концентрирования ксенона и способ его эксплуатации. Патент РФ № 2670635С9, 2018.
Буров Н.Е. и др. Способ регенерации ксенона из газонаркотической смеси наркозных аппаратов и установка для его осуществления. Патент РФ № 2 149 033, 2000.
Thallapally P., Elsaidi S.K., Ongari D., Xu W., Mohamed M.H., Haranczyk M. // Chemistry A European J. 2017. V. 23. P. 10 758–10 762.
Banerjee D., Simon C.M., Elsaidi S.K., Haranczyk M., Thallapally P.K. // Chem. 2018. V. 4. P. 466–494.
Kizzie A.C., Wong-Foy A.G., Matzger A.J. // Langmuir. 2011. V. 27. P. 6368–6373.
Feng X.H., Zong Z.W., Elsaidi S.K., Jasinski J.B., Krishna R., Thallapally P.K., Carreon M.A. // J. American Chemical Society. 2016. V. 138. P. 9791–9794.
Wu T., Feng X., Elsaidi S.K., Thallapally P.K., Carreon M.A. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2017. V. 56. P. 1682–1686.
Wu T., Lucero J., Crawford J.M., Sinnwell M.A., Thallapally P.K., Carreon M.A. // J. Membrane Science. 2019. V. 573. P. 288–292.
Wang X., Zhang Y., Wang X., Andres-Garcia E., Du P., Giordano L., Wang L., Hong Zh., Gu X., Murad S., Kapteijn F. // Angewandte Chemie. 2019. V. 131. P. 15 664–15 671.
Wang X., Karakiliç P., Liu X., Shan M., Nijmejer A., Winnubst L., Gascon J., Kapteijn F. // ACS Applied Materials & Interfaces. 2018. V. 10. P. 33574–33580.
Malankowska M., Martins C.F., Rho H.S., Neves L.A., Tiggelaar R.M., Crespo J.G., Pina M.P., Mallada R., Gardeniers H., Coelhoso I.M. // J. Membrane Science. 2018. V. 545. P. 107–115.
Assfour B., Dawahra S. // Annals of Nuclear Energy. 2020. V. 148. 107730.
Lagorsse S., Magalhaes F.D., Mendes A. // J. Membrane Science. 2007. V. 301. P. 29–38.
Иевлев А.Л., Тепляков В.В., Дургарьян С.Г., Наметкин Н.С. // Доклады АН СССР. 1982. Т. 264. № 6. С. 1421–1424.
Jensvold J.A., Jeanes T.O. Membrane for separation of xenon from oxygen and nitrogen and method of using same. US Patent 6168649, 2001.
Budd P.M., Msayib K.J., Tattershall C.E., Ghanem B.S., Reynolds K.J., McKeown N.B., Fritsch D. // J. Membrane Science. 2005. V. 251. P. 263–269.
Nakagawa T. Science and Technology of Polymers and Advanced Materials. Springer, Boston, MA. 1998. P. 821–834.
Teplyakov V., Meares P. // Gas Separation & Purification. 1990. V. 4. P. 66–74.
Malykh O.V., Golub A.Yu., Teplyakov V.V. // Advances in Colloid and Interface Science. 2011. V. 164. P. 89–99.
Тепляков В.В. // Журн. Всесоюзного химического общества. 1987. Т. 2. № 6. С. 693.
Zhmakin V.V., Teplyakov V.V. // Separation and Purification Technology. 2017. V. 186. P. 145–155.
Teplyakov V.V., Shalygin M.G., Kozlova A.A., Netrusov A.I. // Petroleum Chemistry. 2018. V. 58. P. 949–957.
Марковa С.Ю., Пелзер М., Шалыгин М.Г. // Мембраны и мембранные технологии. 2021. Т. 11. № 6. С. 477–484.
Иевлев А.Л. Селектвиная газопроницаемость силан-силоксановых блок-сополимеров. Канд. Диссертация. М., ИНХС АН, 1985.
Старанникова Л.Э., Тепляков В.В., Дургарьян С.Г. // Высокомолекулярные соединения. 1986. Т. 28. С. 1266–1270.
Тепляков В.В., Дургарьян С.Г. // Высокомолекулярные соединения. 1984. Т. 26. С. 1498–1505.
Fuoco A., Bekir S., Uyar T., Monteleone M., Esposito E., Muzzi C., Tocci E., Longo M., De Santo M.P., Lanč M., Freiss K., Vopička O., Izák P., Jansen J.C. // J. Membrane Science. 2020. V. 594. 117460.
Stern S.A. // J. Membrane Science. 1994. V. 94. P. 1–65.
Yampolskii Yu., Pinnau I., Freeman B.D. Eds., Materials Science of Membranes for Gas and Vapor Separation, Wiley, Chichester. 2006.
Low Z.-X., Budd P.M., McKeown N.B., Patterson D.A. // Chem. Rev. 2018. V. 118. P. 5871.
Pinnau I., He Z., Morisato A. // J. Membrane Science. 2004. V. 241. P. 363–369.
Wang R., Cao C., Chung T.-S. // J. Membrane Science. 2002. V. 198. P. 259–271.
Kim T.H., Koros W.J., Husk G.R., O’Brien K.C. // J. Membrane Science. 1988. V. 37. P. 45–62.
Calle M., Doherty C.M., Hill A.J., Lee Y.M. // Macromolecules. 2013. V. 46. P. 8179–8189.
Liu B., Dai Y., Robertson G.P., Guiver M.D., Hu W., Jiang Z. // Polymer. 2005. V. 46. P. 11279–11287.
McHattie J.S., Koros W.J., Paul D.R. // Polymer. 1991. V. 32. P. 840–850.
Shishatskii A.M., Yampol’skii Yu.P., Peinemann K.-V. // J. Membrane Science. 1996. V. 112. P. 275–285.
Choi S.-H., Randová A., Vopička O., Lanč M., Fuoco A., Jansen J.C., Freiss K. // J. Membrane Science. 2022. V. 648. 120343.
PermSelect [Электронный источник] https://www.permselect.com/membranes (дата обращения: 26.10.2022).
Baker R.W. Membrane technology and applications. 3rd ed., Wiley, 2012. 575 p.
Reid B.D., Ruiz-Trevino F.A., Musselman I.H., Balkus K.J., Ferraris J.P. // Chemistry of Materials. 2001. V. 13. P. 2366–2373.