耐有機溶劑的原油分離薄膜

分離和純化技術是化學、製藥和石化工業的核心,目前這些產業高度依賴能耗密集的熱分離製程。以蒸餾為例,它承擔了90-95%的液相分離任務,消耗約2.5%的美國總能源。在眾多分離製程中,原油分離是處理量最大的工業過程,每日處理約1億桶原油,消耗全球近1%的能源並產生6%的溫室氣體排放。為了實現石油精煉工業的脫碳化,開發更先進的分離技術就變得很重要。有機溶劑逆滲透(OSRO,organic solvent reverse osmosis)技術,因其高能效、低佔地面積和操作簡便等優勢,被視為替代熱蒸餾的理想方案。然而,目前用於OSRO的聚合物薄膜正面臨著一個困難:它們在有機溶劑中容易發生過度溶脹和塑化,導致篩分分子的能力嚴重下降。

近日,美國麻省理工學院的研究團隊,成功開發出一種新型的微孔聚亞胺薄膜,能夠高效分離液體烷烴混合物。研究人員採用分子工程策略,將傳統的醯胺鍵替換為亞胺鍵,並引入三胺三蝶烯(triaminotriptycene)和四甲醯螺雙茀(tetraformylspirobifluorene)等單元。研究人員發現,聚亞胺薄膜在甲苯蒸氣吸附實驗中展現出優異的抗溶脹和抗塑化性能,即使在接近飽和蒸氣壓條件下仍能保持玻璃態特性,這是其他OSRO薄膜無法做到的。在模擬原油(由石腦油、煤油和柴油組成)的實際應用測試中,聚亞胺薄膜能夠將碳原子數少於12的烷烴分子集中到滲透液中,而將較大的分子過濾掉,其分離效果明顯優於目前市面上的薄膜。研究人員表示,這證實了該技術在原油分離上有著巨大潛力。

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