Одним из важнейших продуктов нефтехимической промышленности является пропилен, который широко используется в волокнах, пеноматериалах, пластмассах и т. Д. Очистка пропилена почти всегда требует отделения его от пропана. В настоящее время это делается путем криогенной дистилляции, при которой два газа сжижаются путем охлаждения до минусовых температур.
Это дает процессу разделения пропилена и пропана очень большой энергетический след.
Решение — использовать «металлоорганические каркасы» (MOF). Это пористые кристаллические полимеры, состоящие из металлических узлов, связанных вместе органическими лигандами. Поры в их молекулярной структуре позволяют MOF захватывать молекулы настолько эффективно, что теперь они являются главными кандидатами в исследованиях улавливания углерода.
С точки зрения разделения молекул мембраны на основе MOF являются одними из самых эффективных и могут выполнять разделение пропилена и пропана при температуре окружающей среды. Один MOF, называемый ZIF-8 (цеолитные имидазолиевые каркасы-8), позволяет пропилену диффундировать через его поры в 125 раз более эффективно, чем пропан, при 30 ° C, обеспечивая высокую селективность без необходимости использования отрицательных температур.
«Основная проблема с этим подходом состоит в том, чтобы синтезировать высококачественные ультратонкие пленки MOF на коммерческих пористых подложках без сложных модификаций подложки», — говорит профессор Кумар Варун Агравал из EPFL. «Такие высококачественные пленки имеют меньше дефектов и необходимы для получения максимально возможной селективности разделения.«Его лаборатория в EPFL Sion теперь разработала простой подход к кристаллизации MOF, который называется« сборка электрофоретических ядер для кристаллизации тонких пленок с высокой степенью срастания »(ENACT).
Метод ENACT позволяет просто регулировать гетерогенное зародышеобразование на немодифицированных (исходных) пористых и непористых субстратах.
Это, в свою очередь, облегчает синтез ультратонких, сильно сросшихся поликристаллических пленок MOF.
Лаборатория применила метод ENACT для синтеза MOF-мембран толщиной 500 нм.
Когда они протестировали их, мембраны показали одну из лучших характеристик разделения пропилена / пропана, зарегистрированных на сегодняшний день. Ультратонкая пленка обеспечивает большую проницаемость пропилена (поток, нормализованный разницей давления), что помогает уменьшить площадь мембраны, необходимую для промышленного применения.
Группа пришла к выводу, что универсальный и простой метод ENACT может быть распространен на широкий спектр нанопористых кристаллов.