Мембранное газоразделение со-содержащих смесей: Современное состояние и перспективы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В обзоре представлено современное состояние исследований в области мембранного разделения газовых смесей, содержащих монооксид углерода (CO). Рассмотрены основные преимущества мембранного метода по сравнению с традиционными подходами, такими как криогенная дистилляция и адсорбция, а также обозначены его ключевые ограничения. Обобщены литературные данные транспортных свойств и селективности различных классов мембранных материалов для разделения практически важных смесей CO/H₂, CO/CH₄, CO/CO₂, CO/N₂ и CO/O₂. Рассмотрены основные направления исследований, включающие использование полимерных, углеродных, неорганических мембран, а также мембран на основе ионных жидкостей. Также выявлены основные трудности, ограничивающие промышленное применение мембранных технологий, и намечены перспективные направления их развития с целью повышения эффективности процессов разделения СО-содержащих смесей.

Об авторах

Д. Н. Матвеев

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Email: dmatveev@ips.ac.ru
Ленинский просп., 29, Москва, 119991, Россия

Е. А. Грушевенко

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН; Химический факультет Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Ленинский просп., 29, Москва, 119991, Россия; Москва, 119991, Россия

Т. С. Анохина

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Ленинский просп., 29, Москва, 119991, Россия

А. В. Волков

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Ленинский просп., 29, Москва, 119991, Россия

А. Л. Максимов

Химический факультет Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Москва, 119991, Россия

И. Л. Борисов

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Ленинский просп., 29, Москва, 119991, Россия

С. Д. Баженов

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Ленинский просп., 29, Москва, 119991, Россия

Список литературы

  1. Rizwan K., Galbraith J.M. // Molecules. 2024. V. 29. № 22. P. 5396.
  2. Weaver L.K. // N. Engl. J. Med. 2009. V. 360. P. 1217–1225.
  3. Market.us. Carbon Monoxide Market: Global Industry Analysis and Forecast 2023–2033. https://market.us/report/carbon-monoxide-market/ (дата обращения: 17.07.2025).
  4. Global Insight Services. Carbon Monoxide Market – Global Report 2024. URL: https://www.globalinsightservices.com/ reports/carbon-monoxide-market/ (дата обращения: 17.07.2025).
  5. Walker R.E. Ironmaking and Steelmaking: Theory and Practice. – New Delhi: PHI Learning Pvt. Ltd., 2008. 744 p.
  6. Mond L., Langer C., Quincke F. // J. Chem. Soc. Trans. 1890. V. 57. P. 749–753 .
  7. Beller M., Cornils B., Frohning C.D., Kohlpaintner C.W. // J. Mol. Catal. A. 1995. V. 104. P. 17–85 .
  8. Wu X.F., Neumann H., Beller M. // Chem. Soc. Rev. 2011. V. 40. P. 4986–5009.
  9. Olah G.A., Goeppert A., Prakash G.K.S. // Chem. Rev. 2009. V. 109. P. 208–225 .
  10. Dry M.E. // Catal. Today. 2002. V. 71. P. 227–241 .
  11. Higman C., van der Burgt M. Gasification. 2nd ed.: Gulf Professional Publishing, 2008. 456 p.
  12. Mandayo G.G., Castañeda A., Gracia I., Cané C., Pardo A. // Sensors and Actuators B: Chemical. 2003. V. 95. № 1–3 . P. 90–96 .
  13. Jain S.C., Willander M., Narayan J., Van Overstraeten R. // J. Appl. Phys. 2000. V. 87. P. 965–1006.
  14. Ryter S.W., Choi A.M.K. // Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 2013. V. 48. № 6. P. 689–690 .
  15. Motterlini R., Otterbein L.E. // Nat. Rev. Drug Discov. 2010. V. 9. P. 728–743 .
  16. Gabriele B. (ed.). Carbon Monoxide in Organic Synthes is: Carbonylation Chemistry: John Wiley & Sons, 2021. 439 p.
  17. Felton H.L. Carbon Monoxide: Its Chemistry, Biochemistry and Toxicology: New York: Plenum Press, 1980. 310 p.
  18. Golubev O.V., Maximov A.L. // Plasma Chem. Plasma Process. 2024. V. 44. № 6. P. 2087– 2100.
  19. Ma X., Gholami R., Fornasiero P. // Chem. Soc. Rev. 2023. V. 52. P. 3741–3777.
  20. Aga E., Saravanan A., Karthikeyan S., Sakthivel B. // ACS Omega. 2023. V. 8. P. 3200–3213.
  21. Singh D., Sirini P., Lombardi L. // Energies. 2025. V. 18. Art. 15.
  22. Trimm D.L. // Appl. Catal. A: General. 2005. V. 296. P. 1–11 .
  23. Rostrup-Nielsen J.R., Sehested J., Nørskov J.K. // Adv. Catal. 2002. V. 47. P. 65–139 .
  24. Olah G.A., Goeppert A., Prakash G.K.S. // J. Org. Chem. 2009. V. 74. P. 487–498 .
  25. Golubev D.A., Trukhanov A.A., Sokolov A.G., Ryzhkov A.V., Soloviev A.A., Panov A.S. // Plasma Chemistry and Plasma Processing. 2024. V. 44. P. 2087–2100.
  26. Kuznetsov N.Y., Maximov A.L., Beletskaya I.P. // Russ. J. Org. Chem. 2022. V. 58. № 12. P. 1681–1711.
  27. Bhattacharya A., Muthusamy S. // Int. J. Miner. Process. 2017. V. 2. № 5. P. 57–67 .
  28. Горбунов Д.Н., Волков А.В., Кардашева Ю.С., Максимов А.Л., Караханов Э.А. // Нефтехимия. 2015. Т. 55. № 6. С. 443.
  29. Bernardo P., Drioli E., Golemme G. // Ind. Eng. Chem. Res. 2009. V. 48. № 10. P. 4638–4663.
  30. Checchetto R., De Angelis M.G., Minelli M. // Sep. Purif. Technol. 2024. V. 346. P. 127401.
  31. James J., Lücking L.E., van Dijk H.A.J., Boon J. // Front. Chem. Eng. 2023. V. 5. P. 1066091.
  32. Duan S., Xu H., Zhang J., Shan M., Zhang S., Zhang Y., Wang X., Kapteijn F. // J. Membr. Sci. 2025. V. 717. P. 123595.
  33. Алентьев А.Ю., Ямпольский Ю.П., Видякин М.Н., Лазарева Ю.Н. // Высокомолекулярные соединения. Сер. А. 2006. Т. 48. № 10. С. 1876–1884.
  34. Leuter P., Fendt S., Spliethoff H. // Front. Energy Res. 2024. V. 12. P. 1382377.
  35. U.S. Department of Energy, National Energy Technology Laboratory. NETL Gasifipedia: Typical Syngas Composition. URL: www.netl.doe.gov/research/coal/energy-systems/gasification/gasifipedia/syngas-composition ( дата обращения: 23.07.2025).
  36. Hinchcliffe A.B. PhD Thesis, Aston University, 1991.
  37. Li R., Tang Q., Yin S., Sato T. // Fuel Process. Technol. 2006. V. 87. P. 617–622 .
  38. Zhang K., Zhang G., Liu X., Phan A.N., Luo K. // Ind. Eng. Chem. Res. 2017. V. 56. P. 3204–3216.
  39. D’Isa F.A, Carbone E.A.D., Hecimovic A., Fantz U. // Plasma Sources Sci. Technol. 2020. V. 29. № 10. P. 105009.
  40. Qiao J., Liu Y., Hong F., Zhang J. // Chem. Soc. Rev. 2014. V. 43. № 2. P. 631–675 .
  41. Lu Q., Jiao F. // Nano Energy. 2016. V. 29. P. 439–456 .
  42. Kumar B., Llorente M., Froehlich J., Dang T., Sathrum A., Kubiak C.P. // Annu. Rev. Phys. Chem. 2012. V. 63. P. 541–569 .
  43. Seh Z.W., Kibsgaard J., Dickens C.F., Chorkendorff I.B., Nørskov J.K., Jaramillo, T.F. // Science. 2017. V. 355. № 6321. P. eaad4998.
  44. Moulijn J.A., Makkee M., van Diepen A.E. Chemical Process Technology. 2nd ed.: Chichester: Wiley, 2013. P. 398–399 .
  45. Speight J.G. The Chemistry and Technology of Coal. 3rd ed., Boca Raton: CRC Press, 2013. P. 384.
  46. Glushkov D.O., Nyashina G.S., Anand R., Strizhak P.A. // Process Saf. Environ. Prot. 2021. V. 156. P. 43–56 .
  47. Soria J., Li R., Flamant G., Mazza G.D. // J. Anal. Appl. Pyrol. 2019. V. 140. P. 299–311 .
  48. Ma X., Albertsma J., Gabriels D., Horst R., Polat S., Snoeks C., Kapteijn F., Eral H.B., Vermaas D.A., Mei B., de Beer S., van der Veen M.A. // Chem. Soc. Rev. 2023. V. 52. № 11. P. 3741–3777.
  49. Baker R.W., Lokhandwala K.A. // Ind. Eng. Chem. Res. 2008. V. 47. № 7. P. 2109–2121.
  50. de Haan A.B., Eral H.B., Schuur B. Industrial separation processes: Fundamentals: Walter de Gruyter GmbH & Co KG, 2020. 439 p.
  51. Dutta N.N., Patil G.S. // Gas Sep. Purif. 1995. V. 9. № 4. P. 277–283 .
  52. Kerry F.G. Industrial gas handbook: gas separation and purification: CRC press, 2007. 552 p.
  53. Grande C.A. // Int. Sch. Res. Notices. 2012. V. 2012. № 1. P. 982934.
  54. Koizumu S., Fujita T., Sakuraya T. // Kawasaki Steel Giho. 1986. V. 18. № 3. P. 284–288 .
  55. Vega F., Sanna A., Navarrete B., Maroto-Valer M.M., Cortés, V.J. // Greenh. Gases: Sci. Technol. 2014. V. 4. № 6. P. 707–733 .
  56. Reynolds A.J., Verheyen T.V., Meuleman E. In: Degradation of amine-based solvents. In Absorption-Based Post-Combustion Capture of Carbon Dioxide: Woodhead Publishing, 2016. pp. 399–423 .
  57. Keller A., Schendel R., Denver C. Kinetics Technology International Corporation, California, AICHE Summer Meeting. 1988.
  58. Go Y.T., Yoon Y.S., Lee I.B., Lee S.Y. // J. chem. eng. Jpn. 2019. V. 52. № 5. P. 439–446 .
  59. Songolzadeh M., Soleimani M., Takht Ravanchi M., Songolzadeh R. // Sci. World J. 2014. V. 2014. P. 828131.
  60. Ramírez-Santos Á.A., Castel C., Favre E. // J. Membr. Sci. 2017. Т. 526. С. 191–204 .
  61. Ockwig N.W., Nenoff T.M. // Chemical reviews. 2007. V. 107. № 10. P. 4078–4110.
  62. Air Products and Chemicals Inc., Advanced Prism Membrane Systems For Cost Effective Gas Separations, 1999.
  63. Air Products and Chemicals Inc., PRISM Membrane Systems for petrochemical applications, 2016.
  64. Di Martino S.P., Glazer, J.L., Houston, C.D., Schott M.E. // Gas Sep. Purif. 1988. V. 2. № 3. P. 120–125 .
  65. McCandless F.P. // Ind. Eng. Chem. Proc. Design Devel. 1972. V. 11. № 4. P. 470–478 .
  66. David O.C., Gorri D., Urtiaga A., Ortiz I. // J. Membr. Sci. 2011. V. 378. № 1–2 . P. 359–368 .
  67. Tanaka K., Kita H., Okamoto K.I., Nakamura A., Kusuki Y. // Polym. J. 1989. V. 21. № 2. P. 127–135 .
  68. Tanaka K., Kita H., Okamoto K., Nakamura A., Ku- suki Y. // J. Membr. Sci. 1989. V. 47. № 1–2 . P. 203–215 .
  69. Park C.Y., Kim E.H., Kim J.H., Lee Y.M., Kim J.H. // Polymer. 2018. V. 151. P. 325–333 .
  70. Peer M., Mehdi Kamali S., Mahdeyarfar M., Mohammadi T. // Chem. Eng. Technol. 2007. V. 30. № 10. P. 1418–1425.
  71. Hamidavi F., Kargari A., Eliassi A. // Sep. Purif. Technol. 2021. V. 279. P. 119774.
  72. Sakaguchi Y., Tokai M., Kawada H., Kato Y. // Polym. J. 1988. V. 20. № 5. P. 365–370 .
  73. Merkel T.C., Gupta R.P., Turk B.S. Freeman B.D. // J. Membr. Sci. 2001. V. 191. № 1–2 . P. 85–94 .
  74. Wilks B., Rezac M.E. // J. Appl. Polym. Sci. 2002. V. 85. № 11. P. 2436 –2444.
  75. Bakhtin D.S., Kulikov L.A., Legkov S.A., Khotimskiy V.S., Levin I.S., Borisov I.L., Maksimov A.L., Volkov V.V., Karakhanov E.A., Volkov A.V. // J. Membr. Sci. 2018. V. 554. P. 211–220 .
  76. Hatori H., Takagi H., Yamada Y. // Carbon. 2004. V. 42. № 5–6 . P. 1169–1173.
  77. Sotowa K.I., Hasegawa Y., Kusakabe K., Morooka S. // Int. J. Hydrog. Energy. 2002. V. 27. № 3. P. 339–346 .
  78. Bernardo P., Algieri C., Barbieri G., Drioli E. // Sep. Purif. Technol. 2008. V. 62. № 3. P. 629– 635 .
  79. Varela-Gandia F. J., Berenguer-Murcia A., Lozano-Castello D., Cazorla-Amoros D. // J. Membr. Sci. 2010. V. 351. № 1–2 . P. 123–130 .
  80. Tu Z., Zhang P., Shi M., Zhang X., Wu Y., Hu X. // Renewable Energy. 2022. V. 196. P. 912–920 .
  81. Zarca G., Ortiz I., Urtiaga A. // Chem. Eng. Res. Des. 2014. V. 92. № 4. P. 764–768 .
  82. Gan Q., Rooney D., Xue M., Thompson G., Zou Y. // J. Membr. Sci. 2006. V. 280. № 1– 2 . P. 948–956 .
  83. Michaels A.S., Bixler H.J. // J. Polym. Sci. 1961. V. 50. № 154. P. 413–439 .
  84. Sefcik M.D., Schaefer J., May F.L., Raucher D., Dub S.M. // J. Polym. Sci. 1983. V. 21. № 7. P. 1041–1054.
  85. Yampol’skii Y.P., Volkov V.V. // J. Membr. Sci. 1991. V. 64. № 3. P. 191–228 .
  86. Pegoraro M., Zanderighi L., Penati A., Severini F., Bianchi F., Cao N., Sisto R., Valentini C. // J. Appl. Polym. Sci. 1991. V. 43. № 4. P. 687–697 .
  87. Checchetto R. // Sep. Purif. Technol. 2021. V. 277. P. 119477.
  88. Checchetto R., Scarpa M., De Angelis M.G., Minelli M. // J. Membr. Sci. 2022. V. 659. P. 120768.
  89. Matveev D., Anokhina T., Raeva A., Borisov I., Grushevenko E., Khashirova S., Volkov A., Bazhenov S., Volkov V., Maksimov A. // Polymers. 2024. V. 16. № 24. P. 3453.
  90. Park C.Y., Chang B.J., Kim J.H., Lee Y.M. // J. Membr. Sci. 2019. V. 587. P. 117167.
  91. Park C.H., Lee J.H., Jung J.P., Jung B., Kim J.H . // J. Membr. Sci. 2015. V. 492. P. 452.
  92. Cao N., Pegoraro M., Bianchi F., Di Landro L., Zanderighi L. // J. Appl. Polym. Sci. 1993. V. 48. № 10. P. 1831–1842.
  93. Feng S., Wu Y., Luo J., Wan Y. // J. Energy Chem. 2019. V. 29. P. 31–39 .
  94. David O.C., Zarca G., Gorri D., Urtiaga A., Ortiz I. / / Sep. Purif. Technol. 2012. V. 97. P. 65–72 .
  95. Chen H.Z., Chung T.S. // Int. J. Hydrogen Energy. 2012. V. 37. № 7. P. 6001–6011.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).