_ Progrese promițătoare în membranele organosilice pentru separarea amestecurilor lichide organice

În multe industrii legate de chimie, cum ar fi cele farmaceutice, rafinăriile de petrol și fabricile de alimente și băuturi, separarea amestecurilor lichide organice este un pas esențial. O metodă de bază pentru a realiza acest lucru este distilarea, care implică încălzirea unui amestec la o anumită temperatură, astfel încât doar unul dintre componentele acestuia să se vaporizeze.

Deși este utilizată pe scară largă, distilarea nu reușește să separe amestecurile lichide organice în care ambele componente au acelasi punct de fierbere. Mai mult decât atât, este un proces care consumă energie și resurse, care i-a motivat pe cercetători să caute alternative mai durabile.

În ultimii câțiva ani, tehnicile de separare pe bază de membrane au câștigat în mod constant acțiune, deoarece pot fi mai eficient energetic și oferă o selectivitate mai bună decât metodele convenționale. Deși există multe tipuri de membrane de separare, membranele produse din lichide ionice (IL) sunt rareori utilizate pentru separarea amestecurilor lichide organice, în principal din cauza problemelor de stabilitate și a unei slabe înțelegeri a proprietăților lor.

Pentru a aborda aceste limitări. , o echipă de cercetare din Japonia și-a propus să investigheze performanța și mecanismele unui nou tip de membrană organosilice pe bază de IL pentru separarea lichidelor organice. Echipa a inclus profesorul asociat Yuichiro Hirota de la Institutul de Tehnologie Nagoya, dr. Ayumi Ikeda de la Institutul Național de Știință și Tehnologie Industrială Avansată și profesorul asociat Sadao Araki de la Universitatea Kansai.

Studiul lor a fost publicat în revista Journal of Membrane Science.

Tehnica de separare folosită de cercetători se numește pervaporare (PV). „Metoda PV se ocupă de vaporizarea parțială a unui amestec lichid printr-o membrană a cărei parte din aval este sub vid, ceea ce ajută la obținerea unei permeabilitati mai mari”, explică dr. Hirota. Pe baza rezultatelor anterioare folosind membrane pe bază de IL pentru a separa vaporii organici, echipa se aștepta ca PV să fie potrivit pentru separarea amestecurilor de lichide organice.

În primul rând, cercetătorii au produs un IL de tip imidazoliu prin înlocuirea ionilor de clorură. în clorură de 1-metil-3-(1-trietoxisililpropil)imidazoliu (SipmimCl) cu ioni de bis(trifluormetilsulfonil)imidă (Tf2N-) pentru a obține SipmimTf2N. După ce a spălat SipmimTf2N cu apă și a lăsat produsul vâscos să decanteze, echipa a obținut prin uscare un polimer stabilizat chimic, numit polySipmimTf2N, care conține silsesquioxani.

În final, pentru a crea membranele, cercetătorii au acoperit suprafața exterioară. de tuburi de oxid de aluminiu nanoporoase goale cu o soluție de metanol și poliSipmimTf2N.

Au fost efectuate apoi mai multe experimente pentru a analiza proprietățile și performanța acestor membrane în metoda PV. În primul rând, prin teste PV unare (adică, implicând un singur compus organic, mai degrabă decât un amestec), cercetătorii au măsurat permeabilitatea diferiților alcooli, hidrocarburi aromatice și alcani. Ei au explorat, de asemenea, modul în care valorile permeabilității au fost legate de parametrii de solubilitate Hansen (HSP) ai fiecărui compus și de cei ai membranei în sine.

După aceea, au efectuat teste binare PV, în care au separat toluenul, metanolul și 1 -hexanol din n-hexan. După cum explică dr. Hirota, fiecare dintre aceste teste a abordat o provocare specială în separarea lichidelor organice, „Amestecul toluen/n-hexan a fost un amestec aromatic/alcan cu diferențe de volatilitate și dimensiune moleculară. Pe de altă parte, metanol/n -amestecul de hexan a fost un amestec azeotrop și, prin urmare, ambele componente aveau puncte de fierbere egale."

"În final, amestecul 1-hexanol/n-hexan a fost selectat deoarece ar fi dificil de separat folosind cernerea moleculară. membrane”.

În mod interesant, membranele au avut rezultate excepționale la separarea toluenului de n-hexan, realizând un raport de permeabilitate ridicat de 11. Mai mult, membranele au fost foarte selective la separarea 1-hexanolului de n-hexan. După cum au confirmat datele din analizele bazate pe HSP, performanța de separare a membranelor propuse a fost strâns legată de afinitatea dintre compusul țintă și membrana însăși. Aceasta implică faptul că ionii care formează lichidul ionic ar putea fi înlocuiți în funcție de amestecul lichid organic țintă pentru a obține o separare eficientă.

Luate împreună, rezultatele acestui studiu evidențiază potențialul membranelor stabilizate chimic pe bază de IL pentru separarea pe bază de afinitate a lichidelor organice. Întrucât PV ar putea înlocui într-o zi procesele de distilare consumatoare de energie, aceste constatări vor contribui la industriile chimice mai durabile. Cu puțin noroc, acest lucru ar trebui să deschidă calea către neutralitatea carbonului și, în cele din urmă, să atenueze încălzirea globală.

(Fluierul)