Methanol is een veelzijdige en efficiënte chemische stof die als brandstof wordt gebruikt bij de productie van talloze producten. Kooldioxide (CO2), anderzijds, is een broeikasgas dat het ongewenste bijproduct is van veel industriële processen.

Het omzetten van CO2 naar methanol is een manier om CO2 goed te gebruiken. In onderzoek dat vandaag is gepubliceerd in Wetenschap , chemische ingenieurs van het Rensselaer Polytechnic Institute demonstreerden hoe ze dat omzettingsproces van CO2 naar methanol efficiënter konden maken door een zeer effectief scheidingsmembraan te gebruiken dat ze produceerden. Deze doorbraak, zeiden de onderzoekers, zou een aantal industriële processen kunnen verbeteren die afhankelijk zijn van chemische reacties waarbij water een bijproduct is.

Bijvoorbeeld, de chemische reactie die verantwoordelijk is voor de omzetting van CO2 in methanol produceert ook water, wat de aanhoudende reactie ernstig beperkt. Het Rensselaer-team ging op zoek naar een manier om het water eruit te filteren terwijl de reactie plaatsvindt, zonder andere essentiële gasmoleculen te verliezen.

De onderzoekers stelden een membraan samen dat bestaat uit natriumionen en zeolietkristallen dat in staat was om voorzichtig en snel water te doordringen door kleine poriën - bekend als watergeleidende nanokanalen - zonder gasmoleculen te verliezen.

"Het natrium kan eigenlijk reguleren, of stem, gaspermeatie, " zei Miao Yu, bijzonder hoogleraar chemische en biologische engineering en lid van het Centrum voor Biotechnologie en Interdisciplinaire Studies (CBIS) in Rensselaer, die dit onderzoek leidde. "Het is alsof de natriumionen bij de poort staan ​​en alleen water doorlaten. Als het inerte gas binnenkomt, de ionen zullen het gas blokkeren."

Vroeger, Yu zei, dit type membraan was gevoelig voor defecten waardoor andere gasmoleculen naar buiten zouden kunnen lekken. Zijn team ontwikkelde een nieuwe strategie om de assemblage van de kristallen te optimaliseren, waardoor die gebreken zijn verholpen.

Toen water effectief uit het proces werd verwijderd, Yu zei, het team ontdekte dat de chemische reactie heel snel kon plaatsvinden.

"Als we het water kunnen verwijderen, het evenwicht verschuift, wat betekent dat er meer CO2 wordt omgezet en meer methanol wordt geproduceerd, " zei Huazheng Li, een postdoctoraal onderzoeker bij Rensselaer en eerste auteur op het papier.

"Dit onderzoek is een goed voorbeeld van de belangrijke bijdragen die professor Yu en zijn team leveren om interdisciplinaire uitdagingen op het gebied van water aan te pakken, energie, en het milieu, " zei Deepak Vashishth, directeur van het CBS. "De ontwikkeling en toepassing van dergelijke op maat gemaakte membranen door de groep van professor Yu beloven zeer effectief en praktisch te zijn."

Het team werkt nu aan de ontwikkeling van een schaalbaar proces en een startend bedrijf waarmee dit membraan commercieel kan worden gebruikt om methanol met een hoge zuiverheid te produceren.

Yu zei dat dit membraan ook kan worden gebruikt om een ​​aantal andere reacties te verbeteren.

"In de industrie zijn er zoveel reacties beperkt door water, " zei Yu. "Dit is het enige membraan dat zeer efficiënt kan werken onder de ruwe reactieomstandigheden."