Eine "coole" chemische Trenntechnik
Eine vielfältige Gruppe von porösen Materialien kann wichtige Industriechemikalien bei niedrigen Temperaturen trennen und reinigen
Gas- und Flüssigkeitstrennungsprozesse in der chemischen Industrie könnten durch den Einsatz von Substanzen, die als intrinsisch poröse Materialien (IPMs) bekannt sind, effizienter und umweltfreundlicher gestaltet werden. KAUST-Forscher überprüfen die Aussichten für IPMs in der Zeitschrift Accounts of Chemical Research.
Symbolbild
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Niveen Khashab und ihr Team sind derzeit stark in der IPM-Forschung engagiert. "Wir konzentrieren uns auf die Herstellung von Materialien, die einen Einfluss auf die chemische und petrochemische Industrie in Saudi-Arabien und der Welt haben werden", sagt Niveen Khashab, die korrespondierende Autorin des Berichts.
IPM-Materialien können Gase und Flüssigkeiten trennen, ohne dass traditionelle Hochtemperaturmethoden wie hitzegetriebene Destillation zum Einsatz kommen.
"Durch die Überprüfung haben wir einige IPMs mit beeindruckender Leistung identifiziert", sagt Gengwu Zhang, ein Postdoc in Niveen Khashabs Team. Er erklärt, dass diese IPMs, wie auch andere in der Entwicklung befindliche poröse Materialien, 70 bis 90 Prozent der Energiekosten bestehender Technologien einsparen könnten, was wiederum Vorteile für die Umwelt mit sich bringt.
Ein wesentlicher Vorteil von IPMs gegenüber vielen anderen porösen Materialien ist ihre Stabilität und die Fähigkeit, ihre porösen Eigenschaften im festen, flüssigen, gasförmigen oder gelösten Zustand beizubehalten. Im Gegensatz zu vielen Alternativen können sie auch in Lösung leicht verarbeitet und modifiziert werden.
"Sie können leicht in großem Maßstab hergestellt werden, indem man billige Ausgangsmaterialien verwendet", sagt Zhang, "Einige von ihnen sind sogar kommerziell erhältliche Produkte."
IPMs haben unterschiedliche chemische Strukturen, aber sie teilen die Eigenschaft, mit Poren durchzogen zu sein, die Größen und chemische Beschaffenheiten haben, die sie für die Trennung und Reinigung verschiedener Moleküle geeignet machen. Die Struktur der Poren bestimmt, welche Chemikalien sie selektiv adsorbieren, blockieren oder durchlassen können.
Die KAUST-Autoren untersuchten den Stand der Forschung zu verschiedenen IPMs, die von großen Einzelmolekülen mit internen Poren bis hin zu riesigen Ansammlungen von Molekülen reichen, die durch schwache multimolekulare Wechselwirkungen zusammengehalten werden.
Zu den vielversprechendsten IPMs, die in der Übersicht identifiziert wurden, gehören die Chemikalien Cyclodextrin, Cucurbiturils, Pillararenes, Trianglamine und poröse organische Käfige (POCs). Diese sind alle auf Kohlenstoff basierende oder "organische" Verbindungen. Cyclodextrine sind ringförmige Kohlenhydratstrukturen, die aus natürlicher Stärke hergestellt werden. Die anderen Verbindungen sind spezielle Produkte der synthetischen organischen Chemie. Das Potenzial dieser Materialien wurde durch ihre Leistung bei der Trennung von gängigen Industriegasen und flüssigen Derivaten der zentralen Industriechemikalie Benzol demonstriert.
Khashab erklärt, dass sich das KAUST-Team nun der Herausforderung stellt, die eigene Arbeit an IPMs zu skalieren: "Wir haben Gespräche mit Aramco für ein Pilotprojekt zur Flüssigkeitsabtrennung aufgenommen, das noch in diesem Jahr beginnen soll."
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