Графен

1 декабря 2020 г. | Скотт Дженкинс

Фильтрация исследуется как альтернатива методам термического разделения (таким как дистилляция и выпаривание) во многих применениях из-за потенциальной экономии энергии, но традиционные фильтрационные мембраны, например те, которые используются при опреснении воды, часто недостаточно прочны, чтобы выдерживать высокие температуры. и суровые химические условия.

Теперь компания Via Separations (Сомервилл, Массачусетс; www.viaseparations.com) продемонстрировала процесс изготовления мембранного материала из оксида графена (GO), способного выдерживать суровые условия. В своем первом коммерческом применении мембрана GO используется для концентрирования черного щелока на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности, где мембрана испытывает очень высокий уровень pH.

Черный щелок, являющийся побочным продуктом процессов производства древесной массы, содержит лигнин, гемицеллюлозу и неорганические материалы из древесины после удаления целлюлозы при производстве бумаги. Первоначально черный щелок содержит около 12–15% твердых веществ, и его необходимо сконцентрировать до 70% твердых веществ, чтобы извлечь и переработать органические химикаты из черного щелока обратно в процесс варки целлюлозы.

Мембрана Via состоит из чешуек оксида графена (GO), нанесенных на гидрофильный материал-подложку с помощью запатентованной процедуры осаждения. Полученный каркас из хлопьев GO связан вместе настраиваемыми молекулярными связями, которые позволяют ученым манипулировать пространством между листами GO. «Процесс сборки с использованием GO и рычагов можно выполнять разными способами», — объясняет инженер Via Лорен Ковач. «Химия GO позволяет индивидуально разделять материалы с различной молекулярной массой».

Полученная мембрана достаточно прочна, чтобы отделять твердые частицы при уровне pH 13–14. Мембранный материал затем спирально наматывается на модули, аналогичные конфигурации мембраны обратного осмоса.

Инженеры Via создают портативную пилотную систему для концентрирования черного щелока, которая будет установлена ​​на бумажной фабрике в начале 2021 года.