Исследователи из США получили молекулярные сита, открывающие новые возможности для промышленного разделения веществ, требующего гораздо меньше энергетических затрат, чем обычные методы разделения.

Санкар Наир (Sankar Nair) с коллегами из Технологического Института Джорджии продемонстрировали, что

полученные ими молекулярные сита на основе металлоорганических каркасных соединений (MOF) могут разделять пропилен и пропан с такой же эффективностью (степенью разделения), какой можно добиться с помощью перегонки (промышленной дистилляции), при этом затрачивая меньшее количество энергии.

В качестве модели для разделения исследователи использовали сырую смесь – газообразные продукты крекинга, из которых только в 2011 году в США было получено 77 миллионов тонн пропилена.

Несмотря на то, что исследователи знают о потенциальных возможностях применения металоорганических каркасных структур, в настоящее время размещение таких молекулярных сит обычно производится в больших трубах, отношение площади к объему которых слишком мало для производства дешевых модулей разделения.

Как отмечает Наир, с задачей разделения лучше бы справились микрометровые волокна, но при переходе к микроуровню и из-за уменьшения количества реагента в микропористом волокне существенно меняются условия молекулярного транспорта, что, очевидно, может повлиять на условия разделения.

Новый подход, который применили исследователи из Джорджии был основан на применении двух растворов, один из которых содержал ионы цинка, а другой – метилимидазол. Помещая первый раствор внутрь полиамидиммидного пористого волокна с диаметром 250 мкм, а второй – снаружи, исследователи добились формирования цеолитоподобной имидазолитной каркасной системы ZIF-8 в месте встречи растворов, при этом исследователям потребовалось немало усилий для оптимизации условий формирования металлоорганической каркасной мембраны.

Крошечные поры полученной металлоорганической каркасной структуры, сформированной внутри волокон, можно использовать в качестве селективных молекулярных сит, отделяющих водород и пропилен из пропана.

Специалист по химической технологии Жипин Лай (Zhiping Lai) отмечает, что

полученные результаты демонстрируют возможность дешевого крупномасштабного получения мембран ZIF-8, а переход от дистилляции к мембранному разделению может сократить расходы энергии процесса примерно на 80%, что с умеренным оптимизмом можно рассматривать как революцию в химической технологии.