Стратегия изготовления металла

Особенность от 8 сентября 2021 г.

Ингрид Фаделли, Tech Xplore

Разделение смесей легких углеводородов является одним из важнейших нефтехимических и промышленных процессов. В настоящее время этот процесс считается очень энергоемким, поскольку до сих пор он осуществлялся с использованием традиционных методов, таких как криогенная дистилляция.

Альтернативным способом разделения легких углеводородов может быть использование процессов мембранного разделения. В отличие от криогенной дистилляции и других традиционных процессов, мембранное разделение не требует тепла, поэтому оно может помочь снизить общие энергетические затраты на разделение легких углеводородов. Таким образом, в течение последних нескольких лет ученые во всем мире пытались разработать и идентифицировать 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 стратегию электрохимической направленной сборки для изготовления мембран для разделения углеводородов. Эта стратегия, представленная в статье, опубликованной в журнале Nature Energy, позволила им изготовить металлоорганический каркас в виде непрерывных тонких пленок и использовать их в качестве мембран, которые могли бы снизить затраты энергии в процессах разделения углеводородов почти на 90% по сравнению с традиционными процессами однократной перегонки.

«Наши предыдущие исследования по проектированию, открытию и разработке металлоорганических каркасов (MOF) представили новую платформу, основанную на кубических (fcu) MOF с гранями, которые, как оказалось, можно исправить с помощью сверхтонкой настройки их пор. -апертуры, позиционирующие fcu-MOF как подходящие сорбенты для различных ключевых разделений», — рассказал TechXplore Мохамед Эддауди, один из исследователей, проводивших исследование. «Основная цель нашего исследования заключалась в том, чтобы вывести их на новый уровень и переработать эти выбранные адсорбирующие материалы в практические мембраны, которые обеспечивают высокую селективность при промышленно важных высоких давлениях и в агрессивных условиях. Кроме того, их можно легко изготовить в масштабируемая и надежная мода».

Изготовление бездефектных поликристаллических мембран MOF является очень сложной задачей, поскольку требует строго контролируемого процесса роста. Для изготовления своих мембран Эддауди и его коллеги использовали электрохимический подход, который основан на применении контролируемого внешнего тока, способствующего кристаллизации и срастанию тонкой поликристаллической пленки fcu-MOF на пористой подложке.

«По сравнению с традиционным сольвотермическим выращиванием, этот электрохимический подход более контролируем, поэтому можно получить высококачественные тонкие пленки», — объяснил Шэн Чжоу (аспирант и первый автор). «Кроме того, условия изготовления намного мягче и быстрее, чем при использовании других методов, требуя только комнатной температуры, атмосферного давления и короткого времени выращивания (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 fcu-MOF со стабильными, присущими молекулярным ситом свойствами. Эти свойства делают созданные ими мембраны особенно перспективными для разделения легких углеводородов.

Кроме того, исследователи первыми разработали методологию, с помощью которой можно определить правильные условия для изготовления закрытых тонкопленочных мембран на основе серии MOF с различными типами линкеров. В будущем мембраны, созданные с использованием разработанной ими стратегии, смогут значительно улучшить процессы разделения углеводородов.