Eine chemische Umarmung vom perfekten Gastgeber
Neue Methode zur Abtrennung von Xylolen
Ein industrieller Prozess, der derzeit in petrochemischen Anlagen rund um den Globus enorme Mengen an Energie verbraucht, könnte durch einen alternativen Prozess ersetzt werden, der so effizient ist, dass er keine Erwärmung oder erhöhten Druck erfordert.
Gengwu Zhang führt das Trennungsexperiment mit zwei Extraktionstürmen durch.
© 2020 KAUST
Niveen Khashab vom Advanced Membranes and Porous Materials Center der KAUST und ihre Kollegen haben eine neue Methode zur Abtrennung von Benzolderivaten, den Xylolen, entwickelt.
"Gespräche mit der Industrie zur Umsetzung der Technologie sind bereits im Gange", sagt Khashab.
Xylole gibt es in drei verschiedenen Formen, die als Isomere bezeichnet werden und sich nur durch die Lage eines einzelnen Kohlenstoffatoms unterscheiden. Xylole werden in vielen großtechnischen Anwendungen eingesetzt, unter anderem in Polymeren, Kunststoffen und Fasern sowie als Brennstoffzusätze, aber viele Anwendungen beruhen auf nur einem der drei Isomere. Da sich die Isomere so ähnlich sind, liegen ihre physikalischen Eigenschaften, wie z.B. der Siedepunkt, sehr nahe beieinander, was ihre Trennung energetisch aufwendig macht.
"Jedes Jahr betragen die globalen Energiekosten für die Trennung dieser Isomere durch Destillation etwa 50 Gigawatt, genug, um etwa 40 Millionen Haushalte mit Strom zu versorgen", sagt Gengwu Zhang, Postdoc in Khashabs Team und Erstautor der Studie. "Wir wollten eine Methode mit hoher Effizienz und geringem Energieverbrauch entwickeln, um diese Isomere für die petrochemische Industrie zu trennen und zu reinigen.
Um die Xylolisomere zu trennen, verwendeten Khashab und ihr Team doughnutförmige Moleküle, die Cucurbiturils genannt werden. Das Loch in der Mitte dieser Moleküle kann kleinere Moleküle in sich aufnehmen. Das Loch in der Mitte des Cucurbit[7]urils hat die ideale Größe für die Aufnahme des ortho-Isomers des Xylols, wie das Team zeigte. Mit Hilfe eines Verfahrens, das als Flüssig-Flüssig-Extraktion bezeichnet wird, verwendete das Team Cucurbit[7]uril, um das ortho-Xylol von den anderen Isomeren zu trennen. "Wir konnten ortho-Xylol mit mehr als 92 Prozent Spezifität nach einem Extraktionszyklus trennen", sagt Zhang. "Im Gegensatz zu früheren Methoden wird unsere Methode bei Umgebungstemperatur und -druck durchgeführt, was einen sehr geringen Energieverbrauch und eine einfache Bedienung bedeutet", fügt er hinzu.
Das gesamte Verfahren wurde so konzipiert, dass es leicht in die bestehenden Anlagen von Petrochemieunternehmen übernommen werden kann, erklärt Khashab. "Flüssig-Flüssig-Extraktionstürme werden bereits in der Industrie eingesetzt, so dass es relativ einfach ist, unser Material in diesen Aufbau zu integrieren", sagt sie. Darüber hinaus ist Cucurbit[7]uril preiswert, kommerziell verfügbar oder leicht herzustellen und im Vergleich zu den meisten porösen Materialien sehr stabil.
"Wir haben bereits gezeigt, dass wir Xylol aus kommerziellen Ölproben in einem Maßstab von bis zu 0,5 Litern abtrennen können", fügt Khashab hinzu. "Wir stehen in Kontakt mit Saudi Aramco, um dieses Verfahren zur industriellen Umsetzung zu bringen.
Das Team untersucht auch andere Anwendungen für dieses Trennverfahren, sagt Zhang.
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