Aardgas dat grotere hoeveelheden waterstofsulfide bevat (H ₂ S) en kooldioxide (CO ₂ ) wordt zuur gas genoemd. Voordat het in een pijpleiding kan komen, het moet worden 'gezoet' door de zure onzuiverheden te verwijderen. Door fijnafstemming van de verhoudingen van twee moleculaire componenten, het is mogelijk om op maat gemaakte polyimidemembranen te produceren die zuur gas kunnen zuiveren met een breed scala aan samenstellingen, zoals gerapporteerd door onderzoekers in het tijdschrift Angewandte Chemie .

Het hoofdbestanddeel van aardgas is methaan (CH ₄ ). De H ₂ S en CO ₂ in zuur gas zuur reageren met vocht, waardoor ze zeer corrosief zijn. In aanvulling, H ₂ S is zeer giftig en vormt een veiligheidsrisico. Vandaag, verzoeting wordt meestal bereikt door zeer energie-intensieve chemische wassing, die economisch niet haalbaar is voor gas met hoge concentraties H ₂ S en CO ₂ . In aanvulling, dit proces vereist een grote, complexe apparatuur die onmogelijk te gebruiken is in afgelegen of offshore-faciliteiten. schaalbaar, economische membraanscheidingen vormen een uitstekend alternatief.

Membranen op basis van glasachtige polyimidepolymeren gemaakt van een speciale stikstof- en zuurstofhoudende groep vertonen een goede scheidingsefficiëntie. Echter, een fundamenteel begrip van de relaties tussen de structuren van polyimiden en hun gastransporteigenschappen in aanwezigheid van H ₂ S ontbrak, het ontwerp van geavanceerde membranen belemmeren. Een team onder leiding van William J. Koros van het Georgia Institute of Technology (Atlanta, U.S.) heeft dit onderwerp nu opgepakt.

Membraanscheidingen zijn gebaseerd op het feit dat gassen met een hogere oplosbaarheid gemakkelijker door membraanmaterialen gaan; echter, kleinere gasmoleculen kunnen ook gemakkelijker door membranen diffunderen. De uitdaging voor het zoeten ligt in het feit dat de scheiding van CO ₂ berust voornamelijk op een maatverschil (CO ₂ is kleiner dan CH ₄ ), terwijl de scheiding van de even grote H ₂ S en CH ₄ hangt af van verschillen in oplosbaarheid. In aanvulling, glasachtige polyimidemembranen beginnen zachter te worden naarmate ze meer opgelost gas absorberen. Dit is gunstig voor de scheiding van H ₂ S maar ongunstig voor de scheiding van CO ₂ .

Voor hun experimenten, de onderzoekers maakten polyimiden op basis van 6FDA (4, 4'-(hexafluorisopropylideen)diftaalzuuranhydride. Ze gebruikten twee verschillende 6FDA-bouwstenen, die ze in verschillende verhoudingen polymeriseerden. Eén bouwsteen (DAM) introduceert een omvangrijke trimethylbenzeengroep, die voorkomt dat de polymeerketens dicht opeengepakt worden. Dit verhoogt zowel de gasdoorlaatbaarheid als de neiging tot verweking. De andere bouwsteen (DABA) bevat een polaire benzoëzuurgroep. Hierdoor wordt de pakking van de kettingen strakker, afnemende doorlaatbaarheid, maar verhoogt H ₂ S-oplosbaarheid.

Hogere DAM-aandelen verhogen de doorlaatbaarheid voor CO ₂ , maar ook CH ₄ , wat de selectiviteit vermindert. In tegenstelling tot, de selectiviteit met betrekking tot H ₂ S wordt nauwelijks beïnvloed. Hoe meer DAM inbegrepen, hoe meer het polymeer zachter wordt, wat ongunstig is voor CO ₂ maar gunstig voor H ₂ S. Door de relatieve hoeveelheden van de bouwstenen zorgvuldig aan te passen, de pakking van de polymeerketens en de neiging tot plastificeren kunnen worden uitgebalanceerd om membranen te produceren die gelijktijdig en efficiënt zowel H ₂ S en CO ₂ . Dit maakt het mogelijk om membranen op maat te maken voor verschillende aardgassamenstellingen.