깨끗한 분리를 위한 완벽한 멤브레인 설계

Apr 17, 2023

천연가스(CH4)에서 유해한 가스(예: 황화수소(H2S) 및 이산화탄소(CO2))를 선택적으로 제거하는 것이 더 간단하고 매우 효과적일 수 있습니다.새로운 클래스를 사용하여KAUST에서 개발된 MMMOF(Oriented Mixed Matrix Metal-Organic Framework) 멤브레인은 이 보다 깨끗한 화석 연료를 더 잘 사용할 수 있게 해줍니다.

전통적인 분리(예: 극저온 증류 및 흡착 분리)에 비해 막 기술의 장점은 에너지 효율적이고 작동이 더 간단하다는 것입니다. 연속적인 폴리머 매트릭스에 선택적 흡착제가 내장되어 형성된 혼합 매트릭스 멤브레인(MMM)은 흡착제와 폴리머의 쉬운 가공의 매력적인 조합을 나타냅니다.

Shuvo Datta는 "우리의 성과, 고분자 매트릭스 내부의 MOF 나노시트의 평면 내 정렬 및 흡착제의 고유한 분리 특성을 처리 가능한 매트릭스로 성공적으로 전환한 것은 혁명적입니다."라고 말했습니다.

MOF는 링커로 알려진 유기 분자에 의해 고정된 금속 이온 또는 클러스터를 포함하는 하이브리드 유기-무기 재료입니다. 이러한 부품을 변경하면 연구자는 크기에 따라 한 가스를 다른 가스에 대해 선택적 흡착 및/또는 확산을 허용하는 적절한 기공 구멍을 만들 수 있습니다.

Mohamed Eddaoudi는 "이러한 결정질 물질은 결함이 없는 연속막으로 가공하기 어렵지만 우리는 이를 가공하기 위한 간단한 용액 주조 방법을 개발했습니다."라고 말했습니다.

기존의 MMM은 종종 나노입자-폴리머 인터페이스 비호환성을 겪고, 흡착제의 채널이나 기공은 무작위로 방향이 지정되어 가스 분리를 ​​방해합니다. 이러한 제한을 피하기 위해 MMMOF 멤브레인은 세 가지 연동 기준에 따라 구상 및 제작되었습니다. (i) CH4를 제외하면서 H2S 및 CO2 확산을 선택적으로 향상시키는 분자체 흡착제인 불소화 MOF(KAUST-8); (ii) MOF 결정 형태를 최대로 노출된 1D 채널을 갖는 나노시트로 조정하고 나노시트-폴리머 상호작용을 촉진합니다. (iii) 폴리머 매트릭스에서 나노시트의 평면 내 정렬 및 균일하게 배향된 MMMOF 멤브레인의 달성.

MMMOF 멤브레인은 실제 작업 조건(예: 고압, 고온, 30일의 장시간 시간 등)에서 기존 MMM에 비해 천연가스로부터 훨씬 더 나은 H2S 및 CO2 분리 성능을 보여주었습니다.

"실제로 이 센티미터 크기의 유연한 배향막은 수천 개의 MOF 나노시트가 미리 정의된 결정학적 방향으로 균일하게 정렬되어 있고 정렬된 나노시트 사이의 간격이 폴리머로 채워져 있는 유연한 결정의 단일 조각으로 간주될 수 있습니다. 이는 최초의 것입니다. 그런 종류의 것입니다."라고 Datta는 말합니다.

Eddaoudi는 "이 발견이 학계와 업계의 과학자들이 수많은 산업 에너지 집약적 분리를 해결하기 위해 다양한 실용적인 막을 탐구하도록 영감을 줄 것이라는 데 의심의 여지가 없습니다."라고 말했습니다.

이제 팀은 상업적 잠재력을 입증하기 위해 절차를 확장하려고 합니다. 그들은 또한 이를 다른 중요한 산업용 가스 분리 공정에도 적용하려고 노력할 것입니다.

- 본 보도자료는 King Abdullah University of Science & Technology에서 제공했습니다.