Molekylære porer kunne forbedre effektiviteten af ​​olieraffinering og farmaceutisk fremstilling

Skive-tynde membraner, der er skræddersyet til at adskille specifikke molekyler fra væsker, kan forbedre effektiviteten af ​​olieraffinering og farmaceutisk fremstilling.

Filtrering af organiske opløsningsmidler-kulstofbaserede væsker, såsom olier og alkoholer, der opløser andre stoffer - er afgørende for olie, kemiske og farmaceutiske virksomheder, der konsekvent skal skabe det reneste produkt.

Traditionelle ekstraktionsteknikker, såsom destillation, bruge enorme mængder energi, og nye grønne alternativer, såsom membraner, står over for andre udfordringer. For eksempel, porøse materialer skal modstå ofte meget reaktive opløsningsmidler, mens målmolekyler af en bestemt størrelse og form filtreres fra. Nogle meget effektive membraner er tilgængelige til at adskille salt fra vand i afsaltning af havvand, men de er ikke så effektive til at adskille mindre, meget ens molekyler i organiske opløsningsmidler.

Et team ledet af KAUST -forskere har skabt en ultratynd porøs membran ved hjælp af omhyggeligt udformede molekylære byggesten, kendt som trianglaminer. "Du kan forestille dig det som LEGO, "forklarer Suzana Nunes, professor i kemi- og miljøvidenskab og teknik, "hvor du tager præformede hule trekanter og samler dem sammen i en flad film." Ved først at definere porestørrelse og elektrisk ladning af disse trekantede molekyler, de skabte en membran, der kunne adskille molekyler i forskellige størrelser og former.

Membrantykkelse er også afgørende for filtreringseffektiviteten. "For hurtigere filtrering, filmen skal være så tynd som muligt for at undgå unødvendig modstand mod opløsningsmidlet, der passerer igennem, "siger Nunes. For at opnå dette, de adskilte de to hovedingredienser (terephthaloylchlorid og de præformede trianglaminer) i to forskellige væsker, der ikke blandes (olie og vand, henholdsvis), tvinger reaktionen til kun at forekomme ved grænsefladen, hvor væskerne mødtes. "Vi fandt, at dette dannede et ekstremt tyndt lag på et par nanometer, "siger Tiefan Huang, hovedforfatteren, "meget tyndere end almindelige kommercielle membraner fremstillet på denne måde." Hver film var mellem 3,5 og 10 nanometer, afhængigt af hvor længe reaktionen fortsatte.

Teamet testede deres membraner på farvede farvestoffer med lignende, men tydelige molekylstørrelser. Alle deres membraner filtrerede mindst 90 procent af farvemolekylerne, der vejede mere end 450 gram pr. Mol, langt bedre end nogle af de andre membraner, de testede. "Membranernes ydeevne forringedes ikke efter 48 timers kontinuerlig filtrering, "tilføjer Huang. Og de modstod endda udsættelse for hårdere stoffer, herunder acetone og methanol.

"Molekylær oprensning af lægemidler kan indeholde mange trin, "forklarer Nunes." Mere selektive og robuste membraner som vores kan forenkle processen, gør det mere omkostningseffektivt. Maskinen vi brugte er allerede meget udbredt i membranindustrien, "tilføjer hun, "så det let kan skaleres op til fremstilling."

Membranerne i denne undersøgelse blev skræddersyet specifikt til molekyler på omkring 400 gram pr. Mol. "Vi vil derefter arbejde på en portefølje af byggesten, så vi kan lave membraner til valg af molekyler i mange forskellige former og størrelser, "siger Nunes, "og i sidste ende bidrage til at gøre organisk opløsningsmiddelseparation mere bæredygtig."