Разделение смесей легких углеводородов — один из важнейших нефтехимических и промышленных процессов. Этот процесс в настоящее время считается очень энергоемким, поскольку до сих пор он проводился с использованием традиционных методов, таких как криогенная дистилляция.
Альтернативный способ разделения легких углеводородов может заключаться в использовании процессов разделения на основе мембран. В отличие от криогенной дистилляции и других традиционных процессов, мембранное разделение не происходит за счет тепла, поэтому оно может помочь снизить общие потребности в энергии для разделения легких углеводородов. Таким образом, в последние несколько лет ученые всего мира пытались разработать и определить новые материалы, которые можно было бы использовать для изготовления мембран для проведения такого энергоемкого разделения.
Исследователи из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST) недавно представили универсальную электрохимическую стратегию направленной сборки для изготовления мембран для разделения углеводородов. Эта стратегия, представленная в статье, опубликованной в Nature Energy , позволила им изготовить металлоорганический каркас в виде непрерывных тонких пленок и развернуть их в качестве мембран, которые могут снизить энергозатраты в процессах разделения углеводородов почти на 90% по сравнению с обычными процессами однократной дистилляции.
Схема процесса разделения на основе мембраны (слева) и демонстрация структуры Zr-fum-fcu-MOF мембраны (справа). Предоставлено: Чжоу и др.
Изготовление бездефектных поликристаллических мембран из MOF очень сложно, так как требует строго контролируемого процесса роста. Для изготовления своих мембран Эддауди и его коллеги использовали электрохимический подход, который заключается в применении контролируемого внешнего тока для ускорения кристаллизации и срастания поликристаллической тонкой пленки fcu-MOF на пористой подложке.
«По сравнению с обычным сольвотермическим выращиванием этот электрохимический подход хорошо управляем, поэтому можно получить высококачественные тонкие пленки», — пояснил Шэн Чжоу (аспирант и первый автор). «Кроме того, условия производства намного мягче и быстрее, чем при использовании других методов, требующих только комнатной температуры, атмосферного давления и короткого времени роста (два часа). В результате эта стратегия более практична и удобна для масштабирования».
Успешно объединив ретикулярную химию с электрохимическим синтетическим подходом, Эддауди и его коллеги смогли изготовить непрерывные бездефектные мембраны из fcu-MOF со стабильными внутренними молекулярными просеивающими свойствами. Эти свойства делают созданные мембраны особенно перспективными для разделения легких углеводородов.
Кроме того, исследователи первыми разработали методологию, которая может быть использована для определения правильных условий изготовления закрытых тонкопленочных мембран на основе ряда MOF с различными типами линкеров. В будущем мембраны, созданные с использованием разработанной ими стратегии, могут значительно улучшить процессы разделения углеводородов .
«Использование наших мембран Zr-fum-fcu-MOF в гибридной системе предлагает потенциал для снижения энергозатрат почти на 90% по сравнению с обычным процессом однократной дистилляции для разделения пропилена / пропана», — сказал д-р Осама Шехах (старший научный сотрудник) сказал. «В настоящее время мы пытаемся расширить нашу конструкцию мембран и их производство на другие системы, чтобы решить более сложные, но важные разделения. В то же время мы работаем над различными путями увеличения масштабов производства наших мембран, включая подготовку крупномасштабных мембраны из полого волокна «. — сказал Эддауди.
Дополнительная информация: Шэн Чжоу и др., Электрохимический синтез сплошных металлоорганических каркасных мембран для разделения углеводородов, Nature Energy (2021). DOI: 10.1038 / s41560-021-00881-у
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК