Разработка идеальной мембраны для чистого разделения

Apr 17, 2023

Селективное удаление вредных газов, например, сероводорода (H2S) и углекислого газа (CO2) из ​​природного газа (CH4), может стать более простым и высокоэффективным.используя новый классмембраны с ориентированной металлоорганической матрицей со смешанной матрицей (MMMOF), разработанной в KAUST, которая может позволить лучше использовать это более чистое ископаемое топливо.

Преимущества мембранной технологии перед традиционным разделением (например, криогенной дистилляцией и адсорбционным разделением) заключаются в энергоэффективности и простоте эксплуатации. Мембраны со смешанной матрицей (МММ), образованные встроенным селективным адсорбентом в непрерывную полимерную матрицу, представляют собой привлекательное сочетание адсорбентов и простоты обработки полимеров.

«Наше достижение — выравнивание нанолистов MOF в плоскости полимерной матрицы и успешный перенос отличительных свойств разделения адсорбента в перерабатываемую матрицу — является революционным», — говорит Шуво Датта.

MOF — это гибридные органо-неорганические материалы, которые содержат ионы или кластеры металлов, удерживаемые органическими молекулами, известными как линкеры. Варьирование этих частей позволяет исследователям создать подходящую апертуру поры, которая обеспечивает избирательную сорбцию и/или диффузию одного газа над другим в зависимости от их размера.

«Эти кристаллические материалы трудно переработать в бездефектную ориентированную непрерывную мембрану, но мы разработали простой метод литья из раствора для их обработки», — говорит Мохамед Эддауди.

Обычные МММ часто подвергаются несовместимости на границе раздела наночастиц и полимеров, а каналы или поры адсорбентов ориентированы случайным образом, что затрудняет разделение газов. Чтобы избежать этих ограничений, мембраны MMMOF были задуманы и сконструированы на основе трех взаимосвязанных критериев: (i) фторированный MOF (KAUST-8) в качестве адсорбента на основе молекулярного сита, который избирательно усиливает диффузию H2S и CO2, исключая при этом CH4; (ii) адаптация морфологии кристаллов MOF к нанолистам с максимально открытым 1D-каналом и содействие взаимодействию нанолиста и полимера; и (iii) выравнивание нанолистов в полимерной матрице в плоскости и получение однородно ориентированной мембраны MMMOF.

Мембрана MMMOF продемонстрировала гораздо лучшее отделение H2S и CO2 от природного газа в практических условиях работы (например, при высоком давлении, высокой температуре, длительном времени до 30 дней и т. д.) по сравнению с обычными МММ.

«Фактически, эту гибкую ориентированную мембрану сантиметрового масштаба можно рассматривать как единый кусок гибкого кристалла, в котором тысячи нанолистов MOF равномерно выровнены в заданном кристаллографическом направлении, а промежутки между выровненными нанолистами заполнены полимером. Это первая в своем роде», — говорит Датта.

«Я не сомневаюсь, что это открытие вдохновит ученых из академических кругов и промышленности на исследование различных практических мембран для решения многочисленных проблем промышленного энергоемкого разделения», — говорит Эддауди.

Теперь команда хочет расширить масштабы своей процедуры, чтобы продемонстрировать ее коммерческий потенциал. Они также будут стремиться применить его к другим важным процессам разделения промышленных газов.

- Этот пресс-релиз был предоставлен Университетом науки и технологий имени короля Абдаллы.