Как ИИ изменит нашу жизнь — в специальном проекте Naked Science!
Перейти
  • To bookmarks. Drag icon on bookmarks panel
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
24 ноября
ТюмГУ
297

«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
Позавчера, 13:02
Александра Медведева

Новое исследование указало на мобильные элементы, которые могут перемещаться и размножаться в пределах генома, как на наиболее вероятный источник подавляющего большинства интронов, некодирующих участков ДНК эукариот. Открытие позволяет объяснить огромные различия в количестве интронов в геномах разных видов.

Позавчера, 13:13
Алиса Гаджиева

Палеонтологи обнаружили останки никогда ранее не встречавшегося дасплетозавра, который, возможно, был прямым предком Tyrannosaurus rex. Эта находка может разрешить серьезные споры об эволюционной родословной самого знаменитого динозавра.

3 часа назад
Анна Новиковская

Найти лекарство от старости — заветная мечта человечества, но вполне может оказаться, что для мужчин и для женщин их придется разрабатывать по отдельности. Во всяком случае, один из самых многообещающих антивозрастных препаратов, рапамицин, по-разному воздействовал на самцов и самок дрозофил, продлив жизнь одним и не повлияв на других.

26 ноября
Александра Медведева

Окаменелость крошечного морского червя, жившего 525 миллионов лет назад, разрешила вековой спор об эволюции мозга членистоногих. Исследование показало, что мозг первых членистоногих не был сегментирован, а нервная система головы и туловища эволюционировала независимо.

26 ноября
Мария Азарова

Международный коллектив ученых спрогнозировал наши ежедневные потребности в воде в зависимости от антропометрических, экономических и экологических факторов.

26 ноября
Денис Тулинов

Технологии искусственного интеллекта проникают во все сферы жизни. Наука не исключение — ученые начинают использовать машинное обучение все активнее, и за ним уже есть реальные научные достижения. Но это лишь прелюдия: ИИ явился не просто помочь с расчетами, его роль в будущем масштабнее — он усилит наше мышление, указывая на взаимосвязи, которые человеческому уму не видны. Наука изменится. Naked Science полагает, что у нее появился новый способ изучать мир.

19 ноября
Анна Новиковская

В последний раз черношейного фазанового голубя видели еще в 1882 году, и с тех пор ученые не знали, живет ли еще в лесах острова Фергуссон эта красивая птица. Теперь, наконец, им повезло: одна из камер запечатлела представителя редчайшего подвида фазановых голубей.

24 ноября
Редакция

Режиссер Илай Сасик (Eli Sasich), вдохновившись классическими научно-фантастическими фильмами «Чужой» и «Бегущий по лезвию», несколько лет назад снял короткометражный фильм «Атропа», который стоит посмотреть, если вы интересуетесь наукой и космическими технологиями.

24 ноября
Анна Новиковская

В то время как основные мировые языки со временем упрощают письменность, существует одно яркое исключение: китайский язык. За свою историю, насчитывающую три тысячелетия, его система письма становилась только сложнее и до сих пор остается крайне сложной для изучения.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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: