Een industrieel proces dat momenteel enorme hoeveelheden energie verbruikt in petrochemische fabrieken over de hele wereld, zou kunnen worden vervangen door een alternatief proces dat zo efficiënt is dat het geen verwarming of verhoogde druk vereist.

Niveen Khashab van KAUST's Advanced Membranes and Porous Materials Center en haar collega's hebben een nieuwe manier ontwikkeld om benzeenderivaten, xylenen genaamd, te scheiden.

"Gesprekken met de industrie om de technologie te implementeren zijn al aan de gang, ' zegt Khasab.

Xylenen zijn er in drie verschillende vormen, bekend als isomeren, die alleen van elkaar verschillen op de locatie van een enkel koolstofatoom. Xylenen worden in veel grootschalige toepassingen gebruikt, inclusief in polymeren, kunststoffen en vezels, en als brandstofadditieven, maar veel toepassingen zijn afhankelijk van slechts een van de drie isomeren. Omdat de isomeren zo op elkaar lijken, hun fysieke eigenschappen, zoals kookpunt, zijn heel dichtbij, wat het scheiden ervan energetisch duur maakt.

"Elk jaar, de wereldwijde energiekosten voor het scheiden van deze isomeren door middel van distillatie bedragen ongeveer 50 gigawatt, genoeg om ongeveer 40 miljoen huishoudens van stroom te voorzien, " zegt Gengwu Zhang, een postdoc in het team van Khashab en eerste auteur van de studie. "We wilden een methode ontwikkelen met een hoog rendement en een laag energieverbruik om deze isomeren te scheiden en te zuiveren voor de petrochemische industrie."

Om de xyleenisomeren uit elkaar te halen, Khashab en haar team gebruikten donutvormige moleculen die cucurbiturilen worden genoemd. Het gat in het midden van deze moleculen kan kleinere moleculen erin bevatten. Het gat in het midden van cucurbit [7]uril is de ideale maat voor het opnemen van de ortho-isomeer van xyleen, het team liet zien. Met behulp van een proces dat vloeistof-vloeistofextractie wordt genoemd, het team gebruikte cucurbit[7]uril om ortho-xyleen te scheiden van de andere isomeren. "We konden ortho-xyleen scheiden met meer dan 92 procent specificiteit na één extractiecyclus, " zegt Zhang. "In tegenstelling tot eerdere methoden, onze methode wordt uitgevoerd onder omgevingstemperatuur en -druk, wat een zeer laag energieverbruik en eenvoudige bediening betekent, " hij voegt toe.

Het hele proces is zo ontworpen dat het gemakkelijk kan worden toegepast in de bestaande fabrieken van petrochemische bedrijven, Khashab legt het uit. "Vloeistof-vloeistofextractietorens worden al gebruikt in de industrie en daarom is het relatief eenvoudig om ons materiaal in deze opstelling op te nemen, " zegt ze. Bovendien, Cucurbit[7]uril is goedkoop, in de handel verkrijgbaar of gemakkelijk te maken, en zeer stabiel in vergelijking met de meeste poreuze materialen.

"We hebben al aangetoond dat we xyleen kunnen scheiden van commerciële oliemonsters op schalen tot 0,5 liter, " voegt Khashab toe. "We hebben contact met Saudi Aramco om dit proces naar industriële implementatie te brengen."

Het team onderzoekt ook andere toepassingen voor dit scheidingsproces, zegt Zhang.

De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Chemo .