一种制备用于分离碳氢化合物的金属有机骨架膜的策略

轻烃混合物的分离是最重要的石化和工业过程之一。这个过程目前被认为是高度能源密集型的,因为迄今为止它是使用传统技术进行的,例如低温蒸馏。

分离轻质烃的另一种方法是使用基于膜的分离工艺。与低温蒸馏和其他传统工艺相比,基于膜的分离不受热量驱动,因此有助于降低轻烃分离的整体能源需求。在过去的几年里,世界各地的科学家因此一直在努力开发和识别可用于制造膜以进行这种能源密集型分离的新材料。

阿卜杜拉国王科技大学 (KAUST) 的研究人员最近引入了一种通用的电化学定向组装策略来制造用于分离碳氢化合物的膜。在Nature Energy上发表的一篇论文中介绍了这种策略,使他们能够将金属有机框架制造为连续薄膜,并将其部署为膜,与传统的单一蒸馏过程相比,可以将碳氢化合物分离过程中的能量输入减少近 90%。

“我们之前在金属有机框架 (MOF) 的设计、发现和开发方面的探索已经推出了一个基于面心立方 (fcu) MOF 的新平台,结果证明该平台可以对其孔隙进行超微调-apertures,将 fcu-MOF 定位为适合各种关键分离的吸附剂,”进行这项研究的研究人员之一 Mohamed Eddaoudi 告诉 TechXplore。“我们研究的主要目标是将它们提升到一个新的水平,并将这些选定的吸附材料加工成实用的膜,在工业相关的高压和腐蚀性条件下提供高渗透选择性。此外,它们可以很容易地在一个可扩展和强大的时尚。”

制造无缺陷的多晶 MOF 膜非常具有挑战性,因为它需要高度可控的生长过程。为了制造他们的膜,Eddaoudi 和他的同事使用了一种电化学方法,该方法通过施加受控的外部电流来促进多孔载体上多晶 fcu-MOF 薄膜的结晶和共生。

“与传统的溶剂热生长相比,这种电化学方法具有高度可控性,因此可以获得高质量的薄膜,”周盛(博士生和第一作者)解释说。“此外,制造条件比使用其他方法要温和得多,速度也快得多,只需要室温、大气压和较短的生长时间(两小时)。因此,这种策略更加实用且易于放大。”

通过成功地将网状化学与电化学合成方法相结合,Eddaoudi 和他的同事能够制造出具有稳定、固有分子筛分特性的连续、无缺陷的 fcu-MOF 膜。这些特性使他们创造的膜特别有希望用于轻烃的分离。

此外,研究人员率先开发出一种方法,该方法可用于确定基于一系列具有各种类型接头的 MOF 制造闭合薄膜的正确条件。将来,使用他们开发的策略创建的膜可以显着增强烃分离过程。

“与用于丙烯/丙烷分离的传统单一蒸馏工艺相比,在混合膜蒸馏系统中部署我们的 Zr-fum-fcu-MOF 膜有可能将能量输入降低近 90%,”Osama Shekhah 博士(高级研究科学家)说。“我们目前正试图将我们的膜设计和制造扩展到其他系统,以解决更具挑战性但更重要的分离问题。与此同时,我们正在努力扩大我们膜的制造规模,包括准备大规模中空纤维膜。” 艾道迪说。

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