Une stratégie de fabrication de membranes à charpente métal-organique pour la séparation des hydrocarbures

Une stratégie de fabrication de membranes à charpente métal-organique pour la séparation des hydrocarbures

Processus de séparation schématique à base de membrane (à gauche) et démonstration de la structure de la membrane Zr-fum-fcu-MOF (à droite). Crédit : Zhou et al.

La séparation des mélanges d’hydrocarbures légers fait partie des procédés pétrochimiques et industriels les plus importants. Ce procédé est actuellement considéré comme très énergivore, car il a été jusqu’à présent réalisé à l’aide de techniques conventionnelles, telles que la distillation cryogénique.

Une autre façon de séparer les hydrocarbures légers pourrait être d’utiliser des procédés de séparation à base de membranes. Contrairement à la distillation cryogénique et à d’autres procédés traditionnels, la séparation par membrane n’est pas entraînée par la chaleur, elle pourrait donc contribuer à réduire les besoins énergétiques globaux de la séparation des hydrocarbures légers. Au cours des dernières années, les scientifiques du monde entier ont ainsi tenté de développer et d’identifier de nouveaux matériaux qui pourraient être utilisés pour fabriquer des membranes permettant de réaliser de telles séparations énergivores.

Des chercheurs de l’Université des sciences et technologies King Abdullah (KAUST) ont récemment introduit une stratégie polyvalente d’assemblage dirigé électrochimique pour fabriquer des membranes pour la séparation des hydrocarbures. Cette stratégie, présentée dans un article publié dans Énergie naturelle, leur a permis de fabriquer des structures métallo-organiques sous forme de films minces continus et de les déployer sous forme de membranes qui pourraient réduire l’apport énergétique dans les processus de séparation des hydrocarbures de près de 90 % par rapport aux processus de distillation simple conventionnels.

« Nos précédentes explorations sur la conception, la découverte et le développement de structures métallo-organiques (MOF) ont dévoilé une nouvelle plate-forme basée sur les MOF cubiques à face-canter (fcu), qui se sont avérés être modifiables par un réglage ultra-fin de leurs pores. -ouvertures, positionnant les fcu-MOF comme sorbants appropriés pour diverses séparations clés », a déclaré à TechXplore Mohamed Eddaoudi, l’un des chercheurs qui a mené l’étude. « L’objectif principal de notre étude était de les amener au niveau supérieur et de transformer ces matériaux adsorbants sélectionnés en membranes pratiques offrant une permsélectivité élevée à des pressions élevées et dans des conditions agressives. En plus de cela, ils peuvent être faciles à fabriquer dans un une mode évolutive et robuste. »

La fabrication de membranes MOF polycristallines sans défaut est très difficile, car elle nécessite un processus de croissance hautement contrôlable. Pour fabriquer leurs membranes, Eddaoudi et ses collègues ont utilisé une approche électrochimique qui fonctionne en appliquant un courant externe contrôlé pour favoriser la cristallisation et l’intercroissance d’un film mince polycristallin de fcu-MOF sur un support poreux.

« Par rapport à la croissance solvothermique conventionnelle, cette approche électrochimique est hautement contrôlable, ce qui permet d’obtenir des films minces de haute qualité », a expliqué Sheng Zhou (doctorant et premier auteur). « En outre, les conditions de fabrication sont beaucoup plus douces et plus rapides que l’utilisation d’autres méthodes, ne nécessitant que la température ambiante, la pression atmosphérique et un temps de croissance court (deux heures). En conséquence, cette stratégie est plus pratique et plus conviviale. »

En combinant avec succès la chimie réticulaire avec une approche de synthèse électrochimique, Eddaoudi et ses collègues ont pu fabriquer des membranes fcu-MOF continues et sans défaut avec des propriétés de tamisage moléculaire intrinsèques et stables. Ces propriétés rendent les membranes qu’ils ont créées particulièrement prometteuses pour la séparation des hydrocarbures légers.

En outre, les chercheurs ont été les premiers à développer une méthodologie pouvant être utilisée pour déterminer les bonnes conditions de fabrication de membranes fermées à couche mince basées sur une série de MOF avec différents types de lieurs. À l’avenir, les membranes créées à l’aide de la stratégie qu’ils ont développée pourraient améliorer considérablement les processus de séparation des hydrocarbures.

« Le déploiement de nos membranes Zr-fum-fcu-MOF dans un système hybride membrane-distillation offre la possibilité de réduire l’apport énergétique de près de 90 % par rapport à un procédé de distillation simple conventionnel pour la séparation propylène/propane», a déclaré le Dr Osama Shekhah. (chercheur scientifique principal) a dit. « Nous essayons actuellement d’étendre la conception et la fabrication de nos membranes à d’autres systèmes, pour répondre à des séparations plus difficiles mais importantes. En même temps, nous travaillons sur diverses voies pour intensifier la fabrication de nos membranes, y compris la préparation à grande échelle membranes à fibres creuses. » dit Eddaoudi.


Le point idéal pour l’épaisseur de la membrane offre des séparations durables


Plus d’information:
Sheng Zhou et al, Synthèse électrochimique de membranes à structure métal-organique continues pour la séparation des hydrocarbures, Énergie naturelle (2021). DOI : 10.1038 / s41560-021-00881-y

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Citation: Une stratégie de fabrication de membranes à structure métal-organique pour la séparation des hydrocarbures (2021, 8 septembre) récupéré le 8 septembre 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-09-strategy-fabricate-metal-organic-framework- membranes.html

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