Lovende fremskridt inden for organiske silica-membraner til adskillelse af organiske væskeblandinger
I mange kemisk-relaterede industrier, såsom lægemidler, olieraffinaderier og fødevare- og drikkevarefabrikker, er adskillelse af organiske flydende blandinger et væsentligt skridt. En hovedmetode til at opnå dette er destillation, som involverer opvarmning af en blanding til en bestemt temperatur, så kun en af dens komponenter fordamper.
Selvom det er meget udbredt, lykkes det ikke ved destillation at adskille organiske flydende blandinger, hvor begge komponenter har samme kogepunkt. Desuden er det en energi- og ressourcekrævende proces, som har motiveret forskere til at lede efter mere bæredygtige alternativer.
I løbet af de sidste par år har membranbaserede separationsteknikker støt vundet indpas, da de kan være mere energieffektive og tilbyde bedre selektivitet end konventionelle metoder. Mens der findes mange typer adskillelsesmembraner, bruges membraner fremstillet af ioniske væsker (IL'er) sjældent til at adskille organiske væskeblandinger, hovedsagelig på grund af problemer med stabilitet og en dårlig forståelse af deres egenskaber.
For at imødegå disse begrænsninger satte et forskerhold fra Japan sig for at undersøge ydeevnen og mekanismerne for en ny type IL-baseret organosilica-membran til organisk væskeseparation. Holdet omfattede lektor Yuichiro Hirota fra Nagoya Institute of Technology, Dr. Ayumi Ikeda fra National Institute of Advanced Industrial Science and Technology og lektor Sadao Araki fra Kansai University.
Deres undersøgelse blev offentliggjort i Journal of Membrane Science .
Den separationsteknik, forskerne brugte, kaldes pervaporation (PV). "PV-metoden omhandler den delvise fordampning af en væskeblanding gennem en membran, hvis nedstrømsside er under vakuum, hvilket hjælper med at opnå en højere permeabilitet," forklarer Dr. Hirota. Baseret på tidligere resultater, der brugte IL-baserede membraner til at adskille organiske dampe, forventede teamet, at PV var egnet til at adskille blandinger af organiske væsker.
Først fremstillede forskerne en IL af imidazolium-typen ved at erstatte chloridionerne i 1-methyl-3-(1-triethoxysilylpropyl)imidazoliumchlorid (SipmimCl) med bis(trifluormethylsulfonyl)imidioner (Tf2 N - ) for at opnå SipmimTf2 N. Efter vask SipmimTf2 N med vand og lod det viskøse produkt dekantere, opnåede teamet en kemisk stabiliseret polymer via tørring, kaldet polySimmimTf2 N, som indeholder silsesquioxaner.
Til sidst, for at skabe membranerne, coatede forskerne den ydre overflade af hule nanoporøse aluminiumoxidrør med en opløsning af methanol og polySimmimTf2 N.
Der blev derefter udført adskillige eksperimenter for at analysere egenskaberne og ydeevnen af disse membraner i PV-metoden. For det første målte forskerne gennem unære PV-tests (det vil sige involverer en enkelt organisk forbindelse i stedet for en blanding) permeabiliteten af forskellige alkoholer, aromatiske kulbrinter og alkaner. De undersøgte også, hvordan permeabilitetsværdierne var relateret til hver forbindelses Hansen-opløselighedsparametre (HSP'er) og dem for selve membranen.
Bagefter udførte de binære PV-tests, hvor de adskilte toluen, methanol og 1-hexanol fra n-hexan. Som Dr. Hirota forklarer, adresserede hver af disse tests en særlig udfordring i organisk væskeseparation, "Toluen/n-hexanblandingen var en aromatisk/alkanblanding med forskelle i flygtighed og molekylstørrelse. På den anden side var methanol/n -hexanblandingen var en azeotrop blanding, og begge komponenter havde derfor lige kogepunkter."
"Til sidst blev 1-hexanol/n-hexan-blandingen valgt, fordi det ville være vanskeligt at adskille ved hjælp af molekylære sigtemembraner."
Interessant nok klarede membranerne sig usædvanligt godt ved adskillelse af toluen fra n -hexan, hvilket opnåede et højt permeansforhold på 11. Desuden var membranerne meget selektive ved adskillelse af 1-hexanol fra n -hexan. Som dataene fra de HSP-baserede analyser bekræftede, var separationsydelsen af de foreslåede membraner tæt forbundet med affiniteten mellem målforbindelsen og selve membranen. Dette indebærer, at ionerne, der danner den ioniske væske, kan erstattes afhængigt af den organiske målblanding for at opnå effektiv adskillelse.
Tilsammen fremhæver resultaterne af denne undersøgelse potentialet af IL-baserede kemisk stabiliserede membraner til affinitetsbaseret separation af organiske væsker. Da PV en dag kan erstatte energikrævende destillationsprocesser, vil disse resultater bidrage til mere bæredygtige kemiske industrier. Med lidt held burde dette bane vejen for kulstofneutralitet og i sidste ende afbøde den globale opvarmning.
Flere oplysninger: Yuichiro Hirota et al., Pervaporationsegenskaber af silyleret ionisk væskeafledt organosilicamembran, Journal of Membrane Science (2023). DOI:10.1016/j.memsci.2023.122392
Leveret af Nagoya Institute of Technology
Varme artikler
-
Ny makrolakton -database kan hjælpe med at opdage lægemidler, forskningKredit:North Carolina State University Forskere fra North Carolina State University og Collaborations Pharmaceuticals har oprettet en gratis database med 14, 000 kendte makrolaktoner - store molek -
Forskere foreslår en ny metode til at forbedre den elektrokatalytiske omdannelse af kuldioxidDiagram over de detaljerede fremstillingsprocedurer for Ag HF. Kredit:Angewandte Chemie International Edition (2022). DOI:10.1002/anie.202210432 Et forskerhold ledet af Profs. Chen Wei og Wei Wei f -
Nye NIST -data til hjælp for produktion og opbevaring af fascinerende medicinNIST -kemikere har offentliggjort de første data om de termodynamiske egenskaber af amantadinhydrochlorid, brugt i mange år som den aktive farmaceutiske ingrediens til antivirale og antiparkinsonmedic -
Nyt muligt mål for behandling af større almindelige sygdommeKredit:CC0 Public Domain Der er en stor, uudnyttet potentiale for at udvikle lægemidler mod kræft, fibrose og hjerte -kar -sygdomme ved at målrette mod en familie af receptorer kendt som Frizzleds