• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
24.11.2022
ТюмГУ
360

«Маски» для молекул прошли «фейсконтроль» в ТюмГУ

4.6

Тюменские физики научились точнее определять коэффициент селективности для мембран, то есть во сколько раз лучше проходят сквозь мембраны одни молекулы, чем другие.

«Маски» для молекул прошли «фейсконтроль» в ТюмГУ / ©Getty images

«В нашем случае проницаемая мембрана — это мембрана, которая избирательно пропускает молекулы через себя. Селективная. Благодаря этому можно из воздуха получать отдельные компоненты — кислород, азот. Последний очень важен в народном хозяйстве. Особенно в охлажденном виде.

Материал мембраны — переплетенные мегамолекулы. Как вата, только нити меньше и расстояние значительно меньше. Как маски, с которыми мы ходили во время ковида, только для миниатюрных объектов — молекул. Размеры у молекул разные, и они по-разному реагируют с материалом мембран. Поэтому одни проходят свободно, а другие не могут. Это своеобразный фейсконтроль для молекул», – поясняет заведующий кафедрой моделирования физических процессов и систем ФТИ ТюмГУ Родион Ганопольский.

Мембранное разделение смеси газов на отдельные компоненты реализуются в результате прохождения молекул определенных размеров через сверхтонкую мембрану. Механизм этого прохождения заключается в адсорбции молекул газа и дальнейшей их диффузии через мембрану. При этом установившийся поток отдельного компонента газовой смеси пропорционален парциальным давлениям этого компонента по разные стороны мембраны.

Тюменские ученые рассказывают, что расчет, прогнозирование и анализ эффективности разделения смесей газов и жидкостей с использованием селективно-проницаемых мембран требуют знания прежде всего коэффициентов проницаемости мембраны для отдельных компонентов смеси, то есть ключевой момент здесь — экспериментальное определение указанных коэффициентов.

Коэффициенты проницаемости селективно проницаемой мембраны, через которую пропускают газовую смесь, определяются, как правило, для стационарного режима этого перехода. Соответствующие опыты проводят при хроматографическом исследовании смеси. Однако это исследование не обеспечивает высокой точности определения концентраций компонентов смеси. Статья «Теплофизические свойства. Методы определения проницаемости селективно проницаемых мембран» тюменских физиков Родиона Ганопольского, Александра Гильманова, Константина Федорова, Александра Шевелева и других авторов вышла в «Журнале инженерной физики и теплофизики».

Ученые в ней говорят, что проницаемость селективно-проницаемой мембраны можно определить по следующим схемам. Первая — сосуд разделен такой мембраной на две секции, снабженные манометрами, и к каждой из этих секций присоединены две трубки с кранами, обеспечивающие герметичность сосуда, наполненного газом. Вторая – когда мембрана отделяет внутреннее пространство сосуда от окружающей среды. В обоих случаях одна или две секции сосуда заполняются отдельным газом или смесью газов и в них создается необходимое полное давление.

Затем краны закрываются, и газ начинает проходить через мембрану до тех пор, пока давления с обеих ее сторон равны. В процессе этого прохождения измеряют изменения давлений в секциях сосуда и составов веществ в них. Учеными проведены эксперименты с установлением равновесного давления в сосуде, а также в динамическом режиме.

С использованием аналитических решений, определяющих изменение давления в сосуде, определяют характерные времена процессов адсорбции и диффузии, протекающих в сосуде, и коэффициенты проницаемости мембраны. Как правило, характерные времена указанных процессов значительно меньше времен установления равновесного распределения давления в газовой смеси в сосуде, разделенном селективно проницаемой мембраной, и равновесных составов веществ по обе стороны сосуда.

Ввиду этого обстоятельства возникла необходимость получить решение задачи о динамике изменения давлений в этих сечениях. Для практической применимости результатов исследований тюменские физики рассмотрели выделение азота из воздуха. В результате на основе решения прямой задачи о разделении воздуха на компоненты с применения селективно проницаемой мембраны учеными разработан метод решения обратной задачи о проницаемости такой мембраны для компонентов воздуха и интерпретации соответствующих экспериментальных данных.

В отличие от популярных алгоритмов интерпретации экспериментальных данных, предлагаемые методы основаны только на анализе динамики выравнивания давлений в секциях сосуда, разделенных селективно проницаемой мембраной, что существенно упрощает процедуру интерпретации. Расчеты тюменских физиков показали, что предложенные методы интерпретации экспериментальных данных устойчивы к ошибкам измерений, что свидетельствует об их высокой точности.  

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Тюменский государственный университет (ТюмГУ) — первый университет Тюменской области, был открыт в 1930 году. Готовит специалистов по 175 направлениям подготовки. Университет входит в число участников Проекта 5-100 — программы повышения международной конкурентоспособности российских вузов среди ведущих мировых научно-образовательных центров.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Позавчера, 07:30
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

Позавчера, 15:07
Андрей

Французские геологи проанализировали состав нитратов в вулканических отложениях времен неогена и выяснили, что возникающие в облаках пепла молнии могли фиксировать атмосферный азот. Исследователи обнаружили несколько свидетельств, указывающих на то, что нитраты в отложениях образовались именно из атмосферного азота.

Позавчера, 12:26
ПНИПУ

Стоит ли готовить на поцарапанной сковородке и как связаны алюминиевая кастрюля, плохая вода и камни в почках? Какой срок службы у кухонной доски и безопасны ли для экологии биоразлагаемые контейнеры? О материалах для посуды рассказали ученые Пермского Политеха.

Позавчера, 07:30
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

16 февраля
Мария Азарова

Целью нового исследования было понять, какие бактерии полости рта отвечают за продукцию метантиола, или метилмеркаптана — бесцветного токсичного газа с сильным и неприятным запахом, напоминающим зловоние гнилой капусты.

19 февраля
Полина

Подростки чаще пробуют писать музыку, если у них есть возможность получать соответствующее дополнительное образование, а также когда они чувствуют поддержку и преемственность. При этом есть пять типовых траекторий, которые приводят к собственному творчеству.

1 февраля
Андрей

Канадские исследователи изучили состав пород, вышедших на поверхность при появлении первых континентов. По итогам анализа выяснилось, что новая земная кора возникла не в результате движения тектонических плит, а из-за процессов в океанических плато молодой Земли.

23 января
Алиса Гаджиева

Авторы нового исследования рассказали, какой из современных напитков надо попробовать, чтобы почувствовать себя жителем Римской империи.

15 февраля
Дарья Губина

Титан — самый органически богатый спутник с глобальным океаном в Солнечной системе. И все же, сопоставив строение его поверхности с интенсивностью падения метеоритов, ученые пришли к выводу, что в океане спутника Сатурна вряд ли хватает элементов для жизни.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: