Separación de hidrocarburos con precisión y bajo coste energético
Membranas de marco orgánico metálico que separan selectivamente los hidrocarburos preparan el terreno para procesos petroquímicos más sostenibles
Un método electroquímico desarrollado en la KAUST produce membranas de tamizado molecular que podrían permitir una separación barata y energéticamente eficiente de hidrocarburos ligeros, como las olefinas y las parafinas. Esta separación, fundamental para la industria petroquímica, suele depender de procesos que consumen mucha energía, como la destilación.
Los ingenieros de la KAUST han ideado un método barato y más eficiente desde el punto de vista energético para separar hidrocarburos ligeros, un proceso que suele consumir una gran cantidad de energía.
© 2021 KAUST; Sheng Zhou, Osama Shekhah
Las estrategias basadas en membranas han surgido como alternativas prometedoras a los métodos de separación por calor. Las membranas actuales basadas en polímeros no son lo suficientemente selectivas para la separación de hidrocarburos y, además, sufren una plastificación, un cambio estructural que altera sus poros, a alta presión. Por otro lado, los materiales cristalinos altamente porosos, denominados marcos metal-orgánicos cúbicos centrados en la cara (MOF), presentan poros modulares con aberturas triangulares ajustables con precisión. Esto significa que pueden modificarse para separar mezclas de hidrocarburos ligeros. Además, los MOF seleccionados son impermeables a la plastificación.
Los métodos convencionales de fabricación de MOF, como la síntesis solvotérmica, implican la reacción de enlazadores orgánicos de longitud y volumen adecuados con una fuente metálica para obtener un sólido cristalino extendido con la geometría de poros deseada. Sin embargo, estos métodos requieren temperaturas relativamente altas, presiones elevadas y tiempos de reacción prolongados, que no son fáciles de ampliar.
"Nuestro método permite la síntesis de películas continuas de MOF a temperatura ambiente y a presión ambiental en poco tiempo", afirma Mohamed Eddaoudi, que dirigió el estudio.
Los investigadores eligieron clústeres hexanucleares de tierras raras y circonio preensamblados como bloques de construcción, que reaccionaron con enlazadores capaces de desprotonarse a demanda para formar diminutos cristalitos interconectados con ventanas triangulares expuestas.
En lugar de utilizar una base, el método electroquímico emplea electrones externos para desprotonar los enlazadores, lo que lo hace adaptable y más fácil de controlar ajustando la densidad de corriente y la concentración de enlazadores. "Los enlazadores protonados se añaden primero y luego se desprotonan de forma controlada para su consumo inmediato, lo que permite obtener los materiales cristalinos deseados", explica el estudiante de doctorado Sheng Zhou.
Las membranas nanoporosas resultantes separaban selectivamente las mezclas de propileno/propano y butano/isobutano. También funcionaron bien en condiciones de alta presión, alta humedad y alta corrosión, similares a las de las corrientes duras industriales.
El equipo, explicó el investigador principal Osama Shekhah, eligió su plataforma de MOF por su probada estabilidad química. "Si traducimos esta serie de MOF en membranas continuas, cumplirá plenamente los requisitos industriales y la robustez deseada en condiciones extremas industriales prácticas", añade. "El reto que queda por delante es escalar estas membranas hasta la escala industrial requerida".
El equipo colaboró con los científicos de catálisis de la KAUST para realizar simulaciones que sugirieron que las membranas basadas en circonio pueden ahorrar sustancialmente los costes de energía y servicios si se implementan en sistemas híbridos de destilación por membrana que producen propileno de alta pureza.
El equipo intenta ahora ampliar el proceso de fabricación para generar módulos de membrana más compactos y evaluar su rendimiento en condiciones industriales.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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