غشای زره‌ای الهام طبیعت، شاهکار جداسازی شیمیایی!

محققان غشای بادوام و الهام‌گرفته از زیست به نام ZIF-۶۷ MOF توسعه داده‌اند که به‌طور مؤثر پروپیلن را از پروپان جدا می‌کند و عملکرد بالا، پایداری طولانی‌مدت و مقیاس‌پذیری صنعتی را ارائه می‌دهد.

اهمیت پروپیلن در صنعت شیمیایی

به گزارش ساینس دیلی، پروپیلن با خلوص بالای ۹۹.۵ درصد ماده‌ای حیاتی در صنایع شیمیایی است. بااین‌حال، تولید آن همواره با تولید پروپان به‌عنوان محصول جانبی همراه است. جداسازی پروپیلن از پروپان که گامی اساسی در تولید پروپیلن با گرید پلیمری است، به‌دلیل شباهت زیاد ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی این دو مولکول، فرآیندی دشوار و انرژی‌بر محسوب می‌شود.

غشا‌های مولکولی: راهکاری کارآمد و کم‌مصرف

غشا‌های الک مولکولی راه‌حلی کارآمد و کم‌مصرف برای جداسازی این دو ماده ارائه می‌دهند. چارچوب‌های فلزی-آلی (MOF) به‌عنوان مواد امیدوارکننده برای این غشا‌ها شناخته می‌شوند. اما عملکرد آنها به‌دلیل اثر "باز شدن دروازه" در پنجره‌های انعطاف‌پذیر و نقص‌های بین‌بلوری محدود شده و این موارد مانع الک دقیق مولکولی می‌شوند. همچنین، غشا‌های MOF شکننده بوده و در برابر ضربه‌ها یا سایش‌ها، بازده جداسازی آنها به‌شدت کاهش می‌یابد.

غشای نوآورانه ZIF-۶۷ الهام‌گرفته از زیست

در مطالعه‌ای که در Nature Communications منتشر شد، تیمی از محققان به سرپرستی وی‌شن یانگ و یوان پنگ از مؤسسه فیزیک شیمیایی دالیان (DICP) غشای ZIF-۶۷ را با ساختاری مقاوم در برابر سایش طراحی کردند. این غشا با پیکربندی درهم‌تنیده‌ای از لایه‌های مورب و عمودی، جداسازی دقیق پروپیلن از پروپان را ممکن ساخت.

این طراحی الهام‌گرفته از طبیعت، بر اساس بافت‌های زره‌مانند در گیاهان و حیواناتی است که در محیط‌های سخت زندگی می‌کنند. محققان با ایجاد لایه پیش‌ساز بر روی یک زیرلایه متخلخل و تبدیل آن به غشای ZIF-۶۷ با معماری فلس‌مانند و درهم‌تنیده، موفق به توسعه این غشا شدند.

ساختار دو بخشی برای عملکرد بهینه

این غشا دارای دو بخش مجزا است: بخش مورب (T) برای جداسازی دقیق و بخش برآمده عمودی (N) به‌عنوان زره مقاوم در برابر سایش. در بخش T، لایه پیش‌ساز باقی‌مانده، حرکات لیگاند‌های حلقه‌های شش‌عضوی را مهار کرده و نقص‌های بین‌بلوری را از بین می‌برد.

نتایج نشان دادند که این غشا بدون نقص عملکردی، جداسازی مؤثر پروپیلن و پروپان را با فاکتور جداسازی بیش از ۲۲۰ ارائه می‌دهد. حتی پس از ۱.۵ سال نگهداری در شرایط محیطی، این غشا همچنان پایدار بوده و توانایی الک مولکولی خود را برای ۱۰۰۰ ساعت حفظ کرد. در آزمایش‌های سایش شدید، بخش N همچنان عملکرد بالای خود را حفظ کرد و مقاومت چشمگیری از خود نشان داد.

محققان پیشنهاد دادند که این معماری نوآورانه می‌تواند برای تولید غشا‌های مقاوم در برابر سایش و با کارایی بالا در مقیاس صنعتی به‌کار رود.

یانگ اظهار داشت: "غشا‌های MOF معمولاً به‌عنوان راه‌حل ایده‌آل برای چالش‌های جداسازی در نظر گرفته می‌شوند. غشای الهام‌گرفته از زیست توسعه‌یافته توسط تیم ما مسائل کلیدی در این زمینه را برطرف کرده و توانایی غشا‌های MOF را برای جداسازی‌های پیچیده و چالش‌برانگیز نشان می‌دهد. "

انتهای پیام/