Исследователи извлекают факты из процесса химического разделения и опровергают теорию, существовавшую десятилетиями

Важные новости

Исследователи извлекают факты процесс химического разделения и перевернуть существующую десятилетиями теорию» /></p>
<p> Фото: Йельский университет </p>
<p>С тех пор, как он был разработан несколько десятилетий назад, процесс химического разделения нанофильтрацией органических растворителей (OSN) привлек внимание своей потенциал совершить революцию в жизненно важных отраслях, включая топливную, пищевую и фармацевтическую.</p>
<p>Теперь группа исследователей из Йельского университета и Университета Висконсин-Мэдисон перевернула общепринятое мнение о том, как работает эта быстро развивающаяся технология – понимание, которое могло бы значительно улучшить эту технологию. Результаты их работы опубликованы в журнале <i>Science Advances</i>.</p>
<p>Органические растворители — это жидкости, содержащие углерод и кислород — примеры включают спирты, этанол, бензол и кетоны. OSN использует мембраны с наноразмерными отверстиями для разделения химикатов.</p>
<p>Приложения включают разделение углеводородов при нефтепереработке и очистке фармацевтических ингредиентов. Поскольку он намного дешевле и не требует химических добавок, многие считают его потенциально лучшей альтернативой таким традиционным технологиям, как дистилляция, выпаривание и экстракция растворителем.</p>
<p>Однако как именно это работает, пока неясно. Наиболее широко распространенная теория утверждает, что OSN основан на механизме диффузии раствора, то есть процессе, в котором молекулы растворителя растворяются и диффундируют через мембрану из места, где они высоко сконцентрированы, туда, где молекул меньше.</p>
<p> < p>В предыдущем исследовании Менахем Элимелех из Йельского университета и команда из Университета Висконсин-Мэдисон использовали комбинацию экспериментов и компьютерного моделирования, чтобы опровергнуть многолетнюю теорию физики обратного осмоса, метода удаления соли из морской воды.</р> <р>Как и в случае с OSN, традиционная точка зрения приписывала обратный осмос механизму диффузии раствора. Однако исследования Элимелеха показали, что на самом деле именно изменения давления внутри мембран проталкивают воду через мембраны, что также известно как модель порового потока.</p>
<p>Поскольку оба процесса имеют сходство, Элимелех и его исследовательская группа скептически отнеслись к традиционному мышлению о нанофильтрации органических растворителей. Используя аналогичную серию экспериментов и компьютерное моделирование, Элимелех и его коллеги из Университета Висконсин-Мэдисон показали, что процесс OSN обусловлен не концентрацией молекул растворителя, а – как в обратном осмосе – изменениями давления.</p>
<p> < p>Одним из ключевых доказательств, сказал Элимелех, является то, что поры мембран для органических растворителей достаточно велики, чтобы позволить проходить многочисленным молекулам растворителя, которые удерживаются вместе.</p>
<p>«Итак, это кластер, — сказал Элимелех, профессор химической и экологической инженерии. «И если у вас есть кластерный растворитель, он не может двигаться за счет диффузии. Вам нужна движущая сила, такая как давление».</p>
<p>Они также обнаружили, что для органических растворителей, которые являются более сложными, чем вода, трение между растворителем и полимерной мембраной играет значительную роль. Исследователи отмечают, что то, насколько сильно растворитель связывается с материалом, тесно связано с тем, насколько быстро растворитель протекает через мембрану. В некоторых случаях определенные органические растворители также могут растягивать или сжимать полимерный материал, взаимодействуя с ним.</p>
<p>Благодаря лучшему пониманию физики OSN ученые могут усовершенствовать технологию OSN. Например, Элимелех сказал, что они могут использовать эти открытия для оптимизации конструкции фильтрующих мембран, тем самым обеспечивая широкий спектр разделений и технологий чистой энергии.</p>
<p>Ин Ли, доцент кафедры машиностроения в UW-Madison, который руководил компьютерным моделированием, сказал, что их исследования подчеркивают «решающую роль, которую играет несоответствие между размером растворителя и размером пор мембраны в определении проницаемости растворителя».</p>
<p>«Точная настройка размера пор различных плотных полимерных мембран для приближения к молекулярному размеру нежелательных проникающих веществ в сочетании с использованием растворителя, обладающего меньшим молекулярным размером, имеет потенциал для достижения высокоселективного разделения в OSN», — сказал Ли.</p>
<p><strong>Дополнительная информация:</strong> Ханьцин Фань и др., Физическая основа потока растворителя при нанофильтрации органических растворителей, <i>Science Advances</i> (2024). DOI: 10.1126/sciadv.ado4332 </p>
<p><strong>Информация о журнале:</strong> Science Advances </p>
<p> Предоставлено Йельским университетом </p>
</div></div><div class=

Новости сегодня

Последние новости