Ученые разработали полимерную мембрану для удаления из машинного масла загрязняющих веществ, образующихся в процессе его эксплуатации. Материал позволяет извлечь более 95% основных загрязнителей, благодаря чему очищенное масло можно использовать повторно. При этом для создания мембраны авторы использовали только отечественные соединения, поэтому ее производство позволит снизить зависимость научно-исследовательских центров от импортных компонентов и поддержать российских производителей полимерной продукции. Кроме того, предложенный подход энергоэффективнее и проще других применяемых в промышленности методов разделения жидкостей. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Polymers.
Ежедневно в мире образуются миллионы литров отработанных моторных и других смазочных масел. Они содержат тяжелые металлы и токсичные химикаты, поэтому представляют серьезную угрозу для окружающей среды. Часть этих масел просто сжигают, и такой способ утилизации из-за выделения углекислого газа также приводит к существенному ущербу для экологии. Поэтому ученые ищут способы перерабатывать (регенерировать) моторное масло так, чтобы его можно было использовать повторно. Переработка важна еще и потому, что позволит отчасти снизить потребность в производстве нового масла, для которого нужно много энергии и природных ресурсов.
Ученые из Института нефтехимического синтеза имени А.В. Топчиева РАН (Москва) разработали простой и экономичный способ удаления из отработанного моторного масла загрязняющих компонентов — тяжелых металлов и экологически опасных органических веществ (бензола, хлорированных растворителей и полициклических ароматических углеводородов). Так, исследователи предложили фильтровать моторное масло через полимерную мембрану.
Сначала авторы синтезировали мембранный материал на основе дешевого отечественного полимера полиакрилонитрила. Полимерный раствор нанесли на стекло, которое затем быстро погрузили в дистиллированную воду. В результате сформировалась мембрана, которую промыли водой и органическими спиртами, после чего высушили.
Ученые под давлением пропустили через полученный материал образцы отработанного моторного масла с заранее известным химическим составом. Чтобы оценить качество очистки, после пропускания через мембрану химический состав масла определяли повторно. Эксперимент показал, что с помощью фильтрации на мембране из полиакрилонитрила удается удалить более 95% основных загрязняющих компонентов. В результате исследователи получили образцы с улучшенными по сравнению с отработанным маслом физико-химическими свойствами — углеводородным составом, оптической плотностью, динамической вязкостью и кислотным числом. Эти параметры оказались близки к чистому — не использовавшемуся ранее — маслу. Таким образом, мембранную фильтрацию можно применять для высокоэффективной переработки и повышения качества моторных масел.
Еще одно преимущество предложенного подхода состоит в том, что он не включает потенциально опасных этапов переработки, таких как нагревание до высоких температур и перегонка. Благодаря этому он оказывается проще, безопаснее и энергоэффективнее других методов разделения жидкостей, например, дистилляции.
«Мембранная фильтрация поможет снизить потребность в производстве моторных масел из ископаемой нефти, тем самым экономя энергию и сырье и поддерживая экономику замкнутого цикла нашей страны. Также стоит отметить, что предложенные нами полимерные мембраны можно использовать повторно, поскольку, как показали эксперименты, загрязняющие вещества, которые задерживаются материалом, удается впоследствии смыть. В дальнейшем мы планируем исследовать процесс концентрирования полезных компонентов очищенного моторного масла с помощью полимерных мембран с более мелкими порами», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Владимир Волков, доктор химических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории полимерных мембран ИНХС РАН.