Membrane MOF ultrafine sur support polymère commercial. Crédit :K.V. Agrawal/EPFL
Dans les industries chimiques et pétrochimiques, séparer les molécules d'une manière économe en énergie est l'un des défis les plus importants. Globalement, les procédés de séparation représentent environ 40 % de l'énergie consommée dans l'industrie pétrochimique, et réduire cela peut aider à lutter contre les émissions de carbone anthropiques.
L'un des produits les plus importants de l'industrie pétrochimique est le propylène, qui est largement utilisé dans les fibres, mousses, plastiques, etc. La purification du propylène nécessite presque toujours de le séparer du propane. Actuellement, cela se fait par distillation cryogénique, où les deux gaz sont liquéfiés en étant refroidis à des températures inférieures à zéro. Cela confère au procédé de séparation propylène-propane une empreinte énergétique très importante.
Une solution consiste à utiliser des "armatures métal-organiques" (MOF). Ceux-ci sont poreux, polymères cristallins constitués de nœuds métalliques liés entre eux par des ligands organiques. Les pores de leur structure moléculaire permettent aux MOF de capturer des molécules si efficacement qu'ils sont maintenant des candidats de choix dans la recherche sur la capture du carbone.
En termes de séparation des molécules, Les membranes à base de MOF sont parmi les plus performantes, et peut effectuer la séparation propylène-propane à température ambiante. Un MOF appelé ZIF-8 (zeolitic imidazolium frameworks-8), permet au propylène de diffuser à travers ses pores 125 fois plus efficacement que le propane à 30oC, offrant une sélectivité élevée sans avoir besoin de températures inférieures à zéro.
Assemblage de noyaux électrophorétiques pour membrane de séparation économe en énergie. Crédit :K.V. Agrawal/EPFL
« Le principal défi de cette approche est de synthétiser de haute qualité, très mince, Films MOF sur des substrats poreux commerciaux sans modifications compliquées du substrat, " explique le professeur Kumar Varoon Agrawal à l'EPFL. " Ces films de haute qualité ont moins de défauts et sont nécessaires pour obtenir la sélectivité de séparation la plus élevée possible. de couches minces fortement imbriquées" (ENACT).
La méthode ENACT permet une régulation simple de la nucléation hétérogène sur des substrats poreux et non poreux non modifiés (tels qu'obtenus). Cela facilite à son tour la synthèse d'ultra-mince, films MOF polycristallins fortement imbriqués.
Le laboratoire a utilisé la méthode ENACT pour synthétiser des membranes MOF de 500 nm d'épaisseur. Quand ils les ont testés, les membranes ont donné l'une des meilleures performances de séparation dans la séparation propylène/propane enregistrées à ce jour. Le film ultramince a donné une grande perméance au propylène (flux normalisé avec la différence de pression), ce qui aidera à réduire la surface de membrane nécessaire pour les applications industrielles.
Le groupe conclut que le polyvalent, La méthode ENACT simple peut être étendue à une large gamme de cristaux nanoporeux.
