بهترین غشاء برای جداسازی گازها به شیوه‌ای پاک
جداسازی انتخابی گازهای مضر مانند سولفید هیدروژن و کربن دی اکسید از گاز طبیعت با استفاده از غشایی که مبتنی بر چهارچوب ماتریس ـ ترکیبی ارگانیک- فلزی (MMMOF)است ساده‌تر و با بازده بسیار بالاتری انجام‌پذیر است. چهارچوب‌های ارگانیک ـ فلزی همان‌طور‌ که از نامشان پیداست هیبرید هستند و یون‌های فلزی در خود دارند. یون‌های فلزی توسط مولکول‌های ارگانیکی که لینکر یا پیوند دهنده نام دارند در جای خود ثابت نگه داشته می‌شوند. با تغییر این آرایش، دانشمندان می‌توانند روزنه منفذدار مناسبی را به وجود آورند که جذب یا انتشار انتخابی گازها را بر اساس اندازه مولکول‌هایشان امکان‌پذیر می‌کند.
در چهارچوب ماتریس- ترکیبی ارگانیک- فلزی متداول، بین سطوح تماس نانوذرات با پلیمر ناسازگاری وجود دارد و مجراها یا منافذ به طور تصادفی جهت‌دهی شده‌اند. این امر مانع از جداسازی گازها می‌شود. برای اجتناب از این مشکل، غشاهای MMMOF بر اساس سه معیار مرتبط به هم ساخته می‌شوند: ترکیب فلور با چارچوب ارگانیک ـ فلزی و حذف متان، تغییر مورفولوژی بلور ارگانیک ـ فلزی و تبدیل آن به ورقه هایی در مقیاس نانو و هم تراز کردن نانوورقه ها در ماتریس پلیمر و دست‌یابی به غشایی یکنواخت.
***
با جدی‌تر شدن اثرات زیان‌بار گرمایش جهانی، نیاز به پیشرفت‌های فناورانه به منظور کاهش انتشار کربن دی اکسید روز به روز بیشتر احساس می‌شود. صنایع مختلف و فرایندهای مختلفی که برای تولید، استخراج و پالایش انجام می‌دهند آلاینده‌های زیادی را در هوا منتشر می‌کنند. از این رو اکنون دانشمندان به دنبال شیوه‌هایی هستند که تا حد امکان جلوی انتشار کربن را بگیرند. یکی از فرایندهای پرکاربرد و چه بسا آلاینده انواع روش‌های جداسازی.
یک عامل بسیار مهم، پرمصرف و پر هزینه که در صنایع شیمیایی، داروسازی و پتروشیمیایی مشترک است فرایند جداسازی به منظور پالایش حلال‌ها و مواد شیمیایی، تعدیل تبادل حلال و مدیریت کاتالیزورها است. رایج‌ترین تکنیک‌های جداسازی شامل تقطیر، جذب، تبخیر و استخراج است و در فرایند جداسازی از غشاهای مختلفی استفاده می‌شود.
یک راهبرد تطبیق‌پذیر و چند سویه که به تازگی برای تفکیک کارآمد نفت خام ابداع شده ساخت غشاهای پلی تریازول است. این غشاها آلودگی کربنی کمی به جا می‌گذارند و گزینه مناسبی برای ارتقاء اقتصاد کربنی مدور (CCE)هستند.
با غشاهای ساده امکان به اجرا در آوردن چالش‌های بزرگ امکان‌پذیر نیست، در حالی که انتخاب پلیمری مانند «پلی تریازول» این امر را ممکن می‌کند. در ساخت این غشاها دو دانش مهندسی شیمی و محیط‌زیست نقش مهمی ایفا کرده‌اند. یکی از مزایای قابل توجه غشاهایی که با پلیمر تریازول ساخته شده‌اند این است که طی فرایند جداسازی نفت خام کم‌ترین میزان انرژی مصرف می شود.
بیشتر غشاهای تجاری موجود در بازار برای محیط‌های آبی و دمای اتاق ساخته شده‌اند، در صورتی که غشاء پلی تریازول نمونه بارز غشاهای پایداری است که در شرایط خشک و سخت اقلیمی و دمای بالا خوب عمل می‌کنند و نیز برای گستره وسیعی از حلال‌های ارگانیک و pHکه در مورد تفکیک نفت خام نیز صدق می‌کند مناسب هستند.
فناوری غشائی یک راهکار کم کربن است و پایدارتر از سایر فناوری‌ها به شمار می‌رود. با این حال، برای صنایع نام برده دشوار است که روش‌های دیگری را جایگزین روش‌های جداسازی متداول کنند، چون به غشاهایی نیاز خواهند داشت که استحکام مکانیکی و گرمایی لازم را داشته باشند و به راحتی فرسوده و بلااستفاده نشوند.
در محیطی با دمای بیش از ۱۰۰ درجه، شرایط خشن و مواد آسیب‌رسان می‌شوند و مایعی که تجزیه و تفکیک می‌شود می‌تواند غشا را در خود حل کند.
در پالایش گرمایی باید غشاء طوری آماده شود که بتواند بدون انحلال کامل با نفت خام بر هم کنش داشته باشد. غشاهای پلی تریازول برای جداسازی مخلوط‌های مرکب بی آب مناسب‌تر هستند. این غشاها از ۱۰ لایه نازک نانومتری با قابلیت انتخاب ساخته شده‌اند و مجراهایی در مقیاس زیرنانومتری دارند که برای جداسازی هیدروکربن‌ها طراحی شده‌اند.
برای آماده‌سازی این غشاها از ترکیب دو روش اتصال عرضی گرمایی و روش جداسازی فازی غیر حلال استفاده می‌شود. پس از سپری کردن این مرحله، غشاهای پلیمری برای فرایندهای جداسازی دشوار گزینه مناسبی می‌شوند. لایه‌های فوق‌العاده نازک این غشاها با قابلیت انتخاب همراه با ویژگی‌های قابل تنظیم غشاهای پلی تریازول از جمله نفوذپذیری، می‌توانند مایعات چالش برانگیز، اسیدهای قوی و مخلوط‌های مرکب مانند نفت خام را به خوبی جداسازی کنند.
شرکت‌های پتروشیمیایی بزرگ می‌توانند این فناوری غشایی را جایگزین روش‌های جداسازی گرمایی خود کنند.
غشاهای جداسازی پلیمری که در تولید و ذخیره‌سازی هیدروژن به کار می‌روند این مزیت بزرگ را دارند که قابل بزرگ شدن هستند. با بزرگ‌تر شدن غشا، ضریب جداسازی بالا می‌رود. با این حال، سرعت نفوذ به درون غشا بسیار کند است و باید فشار زیاد اِعمال شود تا سرعت تراوش بالا رود. بنابراین، به منظور جداسازی با استفاده از غشا جداسازی پلیمری باید مقدار بسیار زیادی برق مصرف شود. از این رو دانشمندان نوع جدیدی از غشا جداسازی را ساخته‌اند که ۵۰ برابر سریع‌تر از غشاهای متداول عملکرد عبور گاز را انجام می‌دهد.
هیدروژن یک منبع انرژی ایده‌آل و پاک است که وقتی می‌سوزد چیزی جز آب به جا نمی‌گذارد. برای استفاده بهینه از انرژی هیدروژن، لازم است فناوری‌های ایمن و کم مصرف طراحی شوند و روی کار بیایند. در حال حاضر، هیدروژن از گاز طبیعی به دست می‌آید، بنابراین برای کربن‌زدایی مناسب نیست. استفاده از مقدار زیادی برق به منظور جداسازی هیدروژن با این روش نمی‌تواند یک روش پاک و سازگار با محیط‌زیست به شمار آید.
غشا جداسازی با گرافین پوشیده شده و ضریب تراوش آن ۱۰۶ x8ر۵ بَرِر (یکای نفوذپذیری گاز) است. این غشا ۱۰۰ برابر بهتر از غشاهای جداسازی پلیمری رایج عمل می‌کند. در صورتی که در آینده ابعاد این غشا بزرگ‌تر شود، بسیار محتمل است که یک فرایند جداسازی صرفه‌جوگرایانه در مصرف انرژی برای جداسازی گازهای مهمی مثل کربن دی اکسید و اکسیژن و نیز هیدروژن ساخته شود.
در این غشا گرافین به دور بلور زئولیت نوع MFIآب گریز پیچیده شده است. این پوشش سطوح بلور زئولیت را نزدیک به خود نگه می‌دارد. تنها یک فضای باریک بین دو سطح اتصال این دو وجود دارد که فقط هیدروژن می‌تواند از آن نفوذ کند. کانالی که بین زئولیت و گرافین وجود دارد موجب می‌شود مولکول‌های هیدروژن به صورت گزینشی از آن عبور کنند. در چنین ساختاری جداسازی مولکول‌های هیدروژن از مولکول‌های گازی مثل متان به خوبی صورت می‌گیرد.

code