Selectieve verwijdering van schadelijke gassen, bijv. waterstofsulfide (H₂ S) en kooldioxide (CO₂ ) uit aardgas (CH₄ ) zou eenvoudiger en zeer effectief kunnen worden door gebruik te maken van een nieuwe klasse van georiënteerde mixed-matrix metal-organic framework (MMMOF)-membranen, ontwikkeld bij KAUST, die een beter gebruik van deze schonere fossiele brandstof mogelijk maken.

De voordelen van membraantechnologie ten opzichte van traditionele scheiding (bijvoorbeeld cryogene destillatie en adsorptieve scheiding) zijn dat het energiezuinig en eenvoudiger te bedienen is. Membranen met gemengde matrix (MMM's) gevormd door ingebed selectief adsorbens in een continue polymeermatrix vormen een aantrekkelijke combinatie van de adsorbentia en gemakkelijke verwerking van polymeren.

"Onze prestatie, in-plan uitlijning van MOF-nanobladen in de polymeermatrix en succesvolle vertaling van adsorberende onderscheidende scheidingseigenschappen in een verwerkbare matrix is ​​revolutionair", zegt Shuvo Datta.

MOF's zijn hybride organisch-anorganische materialen die metaalionen of clusters bevatten die op hun plaats worden gehouden door organische moleculen die bekend staan ​​als linkers. Door deze onderdelen te variëren, kunnen onderzoekers een geschikte porie-opening creëren die selectieve sorptie en/of diffusie van het ene gas over het andere mogelijk maakt op basis van hun grootte.

"Deze kristallijne materialen zijn moeilijk te verwerken tot een defectvrij georiënteerd continu membraan, maar we hebben een eenvoudige methode voor het gieten van oplossingen ontwikkeld om ze te verwerken", zegt Mohamed Eddaoudi.

Conventionele MMM's ondergaan vaak incompatibiliteit tussen nanodeeltjes en polymeer, en kanalen of poriën van adsorbentia zijn willekeurig georiënteerd die de gasscheiding belemmeren. Om die beperkingen te vermijden, werden MMMOF-membranen bedacht en geconstrueerd op basis van drie onderling verbonden criteria:(i) een gefluoreerde MOF (KAUST-8), als een adsorbens van moleculaire zeef dat selectief H₂ verbetert S en CO₂ diffusie met uitsluiting van CH₄; (ii) het afstemmen van MOF-kristalmorfologie in nanosheets met maximaal belicht 1D-kanaal en het bevorderen van een nanosheet-polymeer-interactie; en (iii) uitlijning in het vlak van nanosheets in polymeermatrix en het bereiken van het uniform georiënteerde MMMOF-membraan.

Het MMMOF-membraan vertoonde een veel betere H₂ S en CO₂ scheiding van aardgas onder praktische werkomstandigheden (bijv. hoge druk, hoge temperatuur, langere tijd van 30 dagen, enz.) in vergelijking met conventionele MMM's.

"In feite kan dit flexibel georiënteerde membraan op centimeterschaal worden beschouwd als een enkel stuk van een flexibel kristal waarin duizenden MOF-nanobladen uniform zijn uitgelijnd in een vooraf gedefinieerde kristallografische richting en de openingen tussen uitgelijnde nanobladen zijn gevuld met polymeer. Het is de eerste in zijn soort", zegt Shuvo Datta.

"Ik twijfel er niet aan dat deze ontdekking wetenschappers in de academische wereld en de industrie zal inspireren om verschillende praktische membranen te onderzoeken om tal van industriële energie-intensieve scheidingen aan te pakken", zegt Mohamed Eddaoudi.

De studie is gepubliceerd in Science , en het team wil nu hun procedure opschalen om het commerciële potentieel ervan aan te tonen. Ze zullen het ook proberen toe te passen op andere belangrijke industriële gasscheidingsprocessen. + Verder verkennen

Wetenschappers snijden hun tanden in nieuwe scheidingstechnologie