Новая мембрана для энергосберегающего разделения веществ

Хессель Кастрикум (Hessel Castricum) из Университета Амстердама разработал многоцелевую мембрану, способную к энергетически эффективному разделению жидких или газообразных смесей.

Вполне возможно, что в будущем новая мембрана сможет найти крупномасштабное промышленное применение. До настоящего времени применение мембранного разделения в промышленных масштабах было невозможным из-за того, что разработанные до настоящего времени мембраны отличались невысокой устойчивостью. К несомненным достоинствам новой мембраны можно отнести то, что ее свойства могут быть настроены за счет изменения ее строения. Новый тип мембраны может значительно сэкономить энергетические затраты и стоимость процессов разделения смесей.

Рис. 1. Исследователи из Нидерландов
разработали многоцелевую мембрану,
способную к энергетически эффективному
разделению жидких или газообразных
смесей. (Рисунок из Advanced Functional
Materials, 2011; 21 (12): 2319).

Мембраны представляют собой дешевое, например, в сравнении с перегонкой, средство разделения смесей – разделение с помощью мембран просто осуществляется и не требует больших затрат энергии (поэтому мембранные методы разделения дешевле многих других). Однако на практике мембранные методы разделения применяются, как правило, редко, в особенности – для решения крупномасштабных задач. Это обстоятельство связано с тем, что лишь небольшое количество известных к настоящему времени систем отличаются достаточной надежностью для промышленного применения. Одна из причин такой невысокой надежности кроется в неудовлетворительной стабильности материалов, из которых изготовлена мембрана.

По словам исследователей, новый тип мембраны может применяться многие годы в смесях, содержащих значительное количество воды, при повышенной температуре – материал, из которого сделана мембрана, отличается значительной стабильностью. Еще одним преимуществом новой мембраны является значительно увеличившаяся скорость потока вещества через нее по сравнению, например, с полимерными материалами.

Мембрана создана из гибридного материала, сочетающего в себе свойства керамики и полимера. Исследователи обнаружили, как можно изменять строение (а, следовательно, и свойства) строительных блоков, из которых создана эта мембрана – эти параметры управляются за счет размеров органического мостика, связывающего атомы кремния. Такая подстройка структуры мембраны позволяла оптимизировать ее для разделения различных типов смесей.

Использование коротких мостиков позволяет настроить мембрану на селективное пропускание молекул наименьшего размера – водорода или воды, Большие по размеру молекулы, как, например CO₂ или спирты, могут проходить через мембрану только в случае более длинных мостиков, при помощи дальнейшего увеличения длины органических мостиков мембране можно придать водооталкивающие свойства. Примерами потенциального применения новой мембранной системы могут стать обезвоживание биотоплива или ископаемого топлива или, например, для очистки водорода.

Для применения мембран нового типа на практике, очевидно, что надежность нового материала должна быть проверена не только в лабораторных условиях, и именно с этой целью исследователи уже запустили опытную очистительную систему, где и планируют провести полевые испытания мембран нового типа.

Источник(и):

1. chemport.ru