13/04/2018 - Fortschritte bei der Entwicklung nachhaltigerer und energieeffizienterer Chemikalientechnologien

Menéame

Erderwärmung, Energieknappheit und Ressourcenverschwendung zeigen, dass effizientere, nachhaltigere und umweltfreundlichere Technologien entwickelt werden müssen. Diese Verbesserungen sind besonders wichtig für energieintensive Industrien • die Bereiche Chemie und Petrochemie.

Der größte Teil der Produktionsprozesse der Petrochemie wird durchgeführt extreme Temperaturen, wofür große Mengen an Energie benötigt werden. Der Propylen ist eines der Produkte, die mit solchen Verfahren hergestellt werden und wird in Klebstoffen, Fasern, Farben und vielen anderen Industrie- und Verbraucherprodukten verwendet. Zur Reinigung des Propylens wird es vom Propan durch Kryogenische Destillation, ein Verfahren mit hohem Energieverbrauch, einschließlich Gaskühlung bei extrem niedrigen Temperaturen.

Mit dem Ziel, die Energienachfrage dieser Prozesse zu verringern, ENACT-Projekt, die aus europäischen Mitteln finanziert werden, haben wichtige Schritte unternommen, um diese Herausforderungen durch die Entwicklung nachhaltiger chemischer Technologien zu bewältigen.

Das Versprechen der MUF

Wir finden eine energieeffizientere Alternative in einer Klasse poröser Polymere, die als metallische organo- oder mof-Strukturen bekannt sind. Diese kristallinen Verbindungen bestehen aus metallischen Ionen, die an organische Liganden befestigt werden, um 3D-Strukturen zu bilden. Die exklusiven Merkmale der MUF, wie hohe Porosität, große Oberflächenbereiche und unterschiedliche Strukturen, machen sie für eine Vielzahl von industriellen Prozessen geeignet, darunter Lagerung, Reinigung und Trennung von Gasen sowie Katalyse- und Erkennungsanwendungen. Sie sind auch vielversprechende Materialien für CO2-Abscheidungsanwendungen, da sie dieses Element hoch absorbieren und seine Eigenschaften genau anpassen können.

MUF-basierte Membranen liefern besonders gute Ergebnisse für die Gastrennung. Ihre Nanopore sind ideal, um Moleküle zu fangen und gleichzeitig andere Substanzen zu durchdringen. Eine Klasse von MUF namens ZIF-8 (Zeolithischesimidazolat-8-Struktur) bietet eine außergewöhnliche Leistung bei der Trennung von Propylen-propan-Gemischen. Dieser ultrafeine Film ermöglicht die Verbreitung von Propylen durch seine Poren auf 125-mal effizientere Weise als andere Materialien. Darüber hinaus wird der Trennungsprozess bei Umgebungstemperaturen von etwa 30 °C durchgeführt, was zu einem geringeren Energieverbrauch führt.

Eine neue Wendung zum MUF

Bislang waren komplexe Änderungen der porösen Träger der ZIF-8-Membranen erforderlich, um eine gute Leistung bei der Propylen-propan-Abscheidung zu erzielen. Angesichts dieser Herausforderung hat das ENACT-Team eine Methode entwickelt, um ZIF-8 zu synthetisieren, ohne den Support zu verändern. Seine Methode, die so genannte elektrophoretische Gruppierung des Kerns für die Kristallisierung von dünnen Filmen sehr miteinander verknüpft, wird in dem wissenschaftlichen Artikel beschrieben, der in der Wiley Hlaing Online-Bibliothek veröffentlicht wird.

Mit dieser neuen Methode konnten Wissenschaftler ZIF-8-Membranen ohne Mängel und 0,5 μm Dicke in einer Vielzahl unmodifizierter Träger wie poröses Poly-Granulat, eloxiertes Aluminiumoxid, Metallfolien, poröse Kohle und Grafen synthetisieren. Die Ergebnisse haben eine der bisher größten Propylen-propan-Abscheidungs-Leistungen für MUF-Membranen gezeigt. Wie die Autoren erklären, ist ihr neuer Ansatz sencillo, reproduzierbar und kann auf eine breite Palette von Nanoporenkristallen ausgedehnt werden.

Auf der Grundlage von Computersimulationen, Materialsynthese und experimentellen Merkmalen ENACT-Projekt (Enhancing sustainable chemical technologies through the synergy of computer simulation and experiment) sucht Optimierung der Konstruktion von Flüssigphasensystemen für chemische Technologien. Ihr Hauptziel ist es, die Fortschritte in verschiedenen Bereichen wie z. B. biometrischen und porösen flüssigen Membranen zu nutzen, um effiziente und nachhaltige Prozesse mit geringen Umweltauswirkungen zu entwickeln. Dies wird es ermöglichen, die Luftverschmutzung, die Energieknappheit und die globale Erwärmung zu bekämpfen.

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