Gas- en vloeistofscheidingsprocessen in de chemische industrie kunnen efficiënter en milieuvriendelijker worden gemaakt door gebruik te maken van stoffen die bekend staan ​​als intrinsiek poreuze materialen (IPM's). KAUST-onderzoekers beoordelen de vooruitzichten voor IPM's in het tijdschrift Rekeningen van chemisch onderzoek .

Niveen Khashab en haar team zijn momenteel sterk betrokken bij IPM-onderzoek. "We richten ons op het maken van materialen die een impact zullen hebben op de chemische en petrochemische industrie in Saoedi-Arabië en de wereld, " zegt Niveen Khashab, de corresponderende auteur van de recensie.

IPM-materialen kunnen gassen en vloeistoffen scheiden zonder gebruik te maken van traditionele hoge-temperatuurmethoden zoals warmtegedreven destillatie.

"Door de recensie we identificeerden enkele IPM's met indrukwekkende prestaties, " zegt Gengwu Zhang, een postdoc in het team van Niveen Khashab. Hij legt uit dat deze IPM's, zoals andere poreuze materialen die worden ontwikkeld, 70 tot 90 procent van de energiekosten van bestaande technologieën kunnen besparen, met de daaruit voortvloeiende milieuvoordelen.

Een belangrijk voordeel van IPM's ten opzichte van veel andere poreuze materialen is hun stabiliteit en het vermogen om hun poreuze eigenschappen in de vaste stof te behouden, vloeistof, gas- of oplossingstoestanden. Ze kunnen ook gemakkelijk worden verwerkt en gewijzigd wanneer ze in oplossing zijn, in tegenstelling tot veel alternatieven.

"Ze kunnen gemakkelijk op grote schaal worden bereid door goedkope uitgangsmaterialen te gebruiken, " zegt Zhang, "Sommige daarvan zijn zelfs commercieel verkrijgbare producten."

IPM's hebben verschillende chemische structuren, maar ze delen de eigenschap dat ze doordrongen zijn van poriën die zo groot en chemisch zijn dat ze geschikt zijn voor het scheiden en zuiveren van verschillende moleculen. De structuur van de poriën bepaalt welke chemicaliën ze selectief kunnen adsorberen, blokkeren of doorlaten.

De KAUST-auteurs beoordeelden de stand van het onderzoek naar verschillende IPM's, variërend van grote individuele moleculen met interne poriën tot gigantische assemblages van moleculen die bij elkaar worden gehouden door zwakke multimoleculaire interacties.

De meest veelbelovende IPM's die in de review zijn geïdentificeerd, zijn de chemicaliën cyclodextrine, komkommerachtigen, pijlerarenen, trianglaminen en poreuze organische kooien (POC's). Dit zijn allemaal op koolstof gebaseerde of "organische" verbindingen. Cyclodextrines zijn ringachtige koolhydraatstructuren die worden geproduceerd uit natuurlijk zetmeel. De andere verbindingen zijn gespecialiseerde producten van synthetische organische chemie. Het potentieel van deze materialen is aangetoond door hun prestaties bij het scheiden van gewone industriële gassen en vloeibare derivaten van het centrale industriële chemische benzeen.

Khashab legt uit dat het KAUST-team nu de uitdaging aangaat om hun eigen werk aan IPM's op te schalen, zeggende:"We zijn met Aramco in gesprek gegaan over een pilotplan voor vloeistofscheidingen dat dit jaar van start moet gaan."