Superdunne koolstofmoleculaire zeef (CMS)-membranen zijn misschien niet de beste voor het scheiden van industrieel belangrijke chemische mengsels. Echter, ervoor zorgen dat de CMS-filmdikte precies goed is, kan een meer energie-efficiënte zuivering van chemische producten mogelijk maken, KAUST-onderzoekers hebben aangetoond.

CMS-membranen, zoals hun naam doet vermoeden, kan mengsels van vloeistoffen of gassen zuiveren door alleen bepaalde moleculen door hun subnanometergrote poriën te laten gaan. Momenteel, de chemische industrie gebruikt voornamelijk op warmte gebaseerde processen zoals distillatie om productmengsels te scheiden, maar deze processen verbruiken ongeveer 10 procent van de wereldwijde energie-output. "Deze situatie is hoogst onhoudbaar, " zegt Wojciech Ogieglo, een onderzoeker bij KAUST. "Wij zijn van mening dat een groot deel van deze energie-intensieve scheidingen zou kunnen worden vervangen door veel milieuvriendelijkere membraanscheidingen."

CMS-membranen worden gemaakt door een laag koolstofrijke polymeren op een geschikte drager af te zetten, vervolgens warmte toepassen om het polymeer om te zetten in een microporeuze CMS-film. "CMS-materialen leveren verreweg de beste prestaties voor een breed scala aan zeer energie-intensieve, op membraan gebaseerde gasscheidingstoepassingen, ’, zegt groepsleider Ingo Pinnau.

"Deze materialen zijn ook bijzonder chemisch robuust, " merkt Ogieglo op. "Ze zijn veelbelovend voor situaties zoals de productie van plastic of het opvangen van broeikasgassen, omdat ze betrouwbaar presteren, zelfs in zeer agressieve chemische omgevingen en bij hoge temperaturen, " hij zegt.

Een aspect van CMS-membraanonderzoek is het optimaliseren van de CMS-filmdikte om de energie die nodig is om een ​​chemisch mengsel te scheiden, te minimaliseren. "Intuïtief, men zou kunnen denken dat hoe dunner het membraan, des te beter, ", zegt Ogieglo. Een dunnere CMS-laag zou naar verwachting de minste transportweerstand opleveren voor moleculen die door de poriën gaan. ontdekte het team dat toen ze CMS-films van minder dan 50 nanometer maakten, de CMS-laag was zeer compact met een lage microporositeit. "Zulke extreem dunne films blijken veel meer transportweerstand te hebben dan verwacht, " zegt Ogieglo. Dikkere CMS-films van 300 nanometer hadden een significant hogere microporositeit, het team liet zien.

"Wij zijn van mening dat er een goede plek moet zijn in het diktebereik - niet te dun, niet te dik - waar de membraanprestaties optimaal zijn, " zegt Ogieglo. "We proberen momenteel uit te zoeken waar deze sweet spot ligt voor verschillende soorten membraanmaterialen."

"De resultaten zullen worden meegenomen in de bredere inspanningen van het team om schaalbare, industrieklare CMS-scheidingsmembranen, "zegt Pinnau. "We zijn momenteel bezig met het opschalen van de productie van CMS-composietmembranen om hun prestaties en stabiliteit op lange termijn in membraanmodules te testen. " hij voegt toe.