Los fabricantes de productos químicos consumen una cantidad masiva de energía cada año separando y refinando materias primas para fabricar una amplia variedad de productos, incluyendo gasolina, plásticos y alimentos.
En un intento por reducir la cantidad de energía utilizada en las separaciones químicas, los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia están trabajando en membranas que podrían separar productos químicos sin utilizar procesos de destilación intensivos en energía.
"La gran mayoría de las separaciones en el campo en una variedad de industrias son sistemas impulsados térmicamente, como la destilación, y por eso gastamos una cantidad excesiva de energía en estos procesos de separación, algo así como del 10 al 15 por ciento deel presupuesto global de energía se gasta en separaciones químicas ", dijo Ryan Lively, profesor asociado en la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular de Georgia Tech." Las separaciones que evitan el uso de calor y un cambio de fase químico son mucho menos intensas en energía. En la práctica, usarlos podría producir una reducción del 90 por ciento en el costo de la energía "
Las membranas de plástico ya pueden separar ciertas moléculas en función del tamaño y otras diferencias, como en la desalinización de agua de mar. Pero hasta ahora, la mayoría de las membranas no han podido soportar corrientes químicas ricas en solventes mientras realizan tareas de separación desafiantes.
En un estudio publicado el 18 de julio en Química de materiales y patrocinado por el Departamento de Defensa y la National Science Foundation, los investigadores describen un proceso para tomar una membrana a base de polímero e infundirla con una red de óxido de metal. La membrana resultante es mucho más efectiva para resistir los productos químicos agresivos sindegradante.
"Después de colocar la membrana prefabricada dentro de nuestro reactor, simplemente la exponemos a vapores que contienen metal que se infunden dentro del material de la membrana", dijo Mark Losego, profesor asistente en la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales ".Este proceso se llama infiltración en fase de vapor, y crea una red uniforme de óxido metálico en toda la membrana del polímero. Lo llamamos membrana 'híbrida' ".
La membrana híbrida no solo pudo resistir mejor los solventes, sino que también mejoró su capacidad de separación química.
"Algunos productos químicos que deben separarse son muy similares en términos de su tamaño, forma y otras propiedades, lo que los hace aún más difíciles de procesar usando membranas", dijo Lively. "Estas nuevas membranas híbridas son mucho más selectivas. Puedenproductos químicos separados que son más similares entre sí "
El equipo de investigación, que incluyó a los estudiantes de posgrado Fengyi Zhang, Emily McGuinness y Yao Ma, probó las nuevas membranas híbridas en productos químicos agresivos como el tetrahidrofurano, el diclorometano y el cloroformo, solventes orgánicos que disuelven la membrana del polímero puro en minutos. Las membranas híbridas permanecieronestable durante varios meses durante las pruebas
Los investigadores también probaron la separación de dos productos químicos de tamaño muy cercano. Las membranas híbridas pudieron diferenciar moléculas aromáticas que diferían en tamaño en tan solo 0.2 nanómetros.
"Una de las cosas más emocionantes de este trabajo fue cuán sencillo es este proceso desde una perspectiva de fabricación", dijo Losego. "Básicamente estamos tomando membranas prefabricadas y aplicando un tratamiento. Eso es algo que sería muysimple de traducir a escala industrial "
La investigación futura sobre las membranas implicará analizar cómo ajustar las infusiones de óxido y crear nuevos tipos de membranas híbridas capaces de separar una variedad de otros productos químicos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :