الفصل التناضحي العكسي للجزيئات السائلة العضوية باستخدام غشاء غربال جزيئي كربوني
الفصل والتنقية مهمان جدا في الإنتاج والحياة. يتم استخدام حوالي 40-60 ٪ من الطاقة في عملية الإنتاج للفصل والتنقية ؛ كما أن فصل المواد ذات الخصائص الفيزيائية المماثلة أمر صعب للغاية ، مثل الفصل بين الأيزومرات. يمكن لطرق الفصل القائمة على الغشاء ، إذا كان من الممكن تحسين كفاءة الفصل ، أن تقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة. على سبيل المثال ، يتم استخدام أغشية الترشيح النانوي للمحلول العضوي لتنقية المنتجات عالية القيمة ، ولكن لا يمكنها فصل الجزيئات ذات الحجم الجزيئي المماثل بشكل فعال بسبب عدم كفاية الخصوصية الجزيئية. من أجل الحصول على طريقة فصل وتنقية أفضل ، وتقليل استهلاك الطاقة بشكل فعال ، وتحسين كفاءة الفصل ، لا يزال الباحثون بحاجة إلى مواصلة البحث. مقدمة النتائج في 19 أغسطس ، أبلغ Ryan P. Lively ، كلية الهندسة الكيميائية والجزيئية الحيوية ، معهد جورجيا للتكنولوجيا ، الولايات المتحدة الأمريكية ، عن غشاء ألياف مجوف من منخل الكربون الجزيئي غير المتماثل (CMS) في Nature كتقنية تناضح عكسي مذيب عضوي محتمل (OSRO). مادي. لا تحتاج تقنية التناضح العكسي للمذيبات العضوية باستخدام غربال جزيئي الكربون إلى تغيير مرحلة المادة العضوية فحسب ، بل تقلل أيضا من فقدان الطاقة في عملية الفصل ، ولكنها أيضا تفصل بشكل فعال المادة العضوية ذات الأحجام الجزيئية المماثلة. استخدم المؤلفون التغييرات في نفاذية para-xylene و ortho-xylene في أفلام CMS لتعكس أداء نفاذية CMS. باستخدام غشاء غربال جزيئي الكربون ، يمكن تحقيق فصل التناضح العكسي للجزيئات السائلة العضوية ، ويمكن إكمال الفصل بكفاءة دون تغيير مورفولوجيا الطور وتقليل استهلاك الطاقة. التوقعات يمكن أن يؤدي استخدام تقنية فصل غسيل الكلى تحت درجة الحرارة المنخفضة والضغط العالي لغشاء الفصل إلى تقليل استهلاك الطاقة بشكل كبير ، ولكن كفاءة الفصل وانتقائية الفصل لا تزال تمثل تحديات كبيرة ، ولا تزال هناك حاجة إلى الجهود المستمرة لغالبية الباحثين.
المناخل الجزيئية الكربونية السليلوز لفصل الهيدروجين
المناخل الجزيئية الكربونية يعتبر إنتاج الهيدروجين (H2) من الغاز الطبيعي أحد أكثر التقنيات المحتملة للطاقة منخفضة الكربون في المستقبل والحد من انبعاثات غازات الدفيئة. بالمقارنة مع تقنيات تنقية H التقليدية ، حظيت تقنيات الفصل القائمة على الأغشية باهتمام واسع النطاق بسبب كفاءتها العالية في استخدام الطاقة وصداقتها للبيئة. ومع ذلك ، فإن أغشية الفصل H2 و CO2 شائعة الاستخدام حاليا عادة ما تعاني من انخفاض أداء الفصل وارتفاع التكلفة وانخفاض الاستقرار تحت درجة حرارة عالية وضغط عال. لذلك ، لا يزال من الصعب إعداد أغشية تنقية H2 قابلة للتطبيق تجاريا. تصنع أغشية غربال الكربون الجزيئي (CMS) عن طريق الكربنة الخاضعة للرقابة لسلائف البوليمر في درجات حرارة عالية ولها هياكل مسام صلبة. عندما يتم تصنيع غشاء CMS إلى ألياف مجوفة مناسبة لوحدة الغشاء ، فمن المتوقع أن يكون لها خصائص درجة الحرارة العالية ومقاومة الضغط العالي. يحتوي السليلوز على روابط هيدروجينية قوية بين السلسلة وداخل السلسلة ، مما يجعله ضعيف الذوبان في معظم المذيبات ، مع عدد قليل فقط من المذيبات مثل N-methylmorpholine-N-oxide (NMMO) والسوائل الأيونية والأملاح غير العضوية يمكن أن تعطل بشكل فعال شبكة الروابط الهيدروجينية الخاصة بهم. ومع ذلك ، فإن الحصول على مخطط دقيق للمرحلة الثلاثية من السليلوز / المذيب / غير المذيب لا يزال يمثل تحديا بسبب اللزوجة الضخمة لهذا النظام. وبناء على ذلك ، قام Xuezhong He et al. من الجامعة النرويجية للتكنولوجيا بإعداد أغشية ألياف الكربون المجوفة (CHFMs) عن طريق ضبط درجة حرارة التصلب ودرجة حرارة الكربنة النهائية لنظام السليلوز / السائل الأيوني / الماء واستخدامها لفصل H2. أعد الباحثون سلائف ألياف السليلوز المجوفة غير المتماثلة من خلال عملية غزل جافة ورطبة ، ثم تبادلوها بالماء لإزالة المذيب الأصلي EmimAc و DMSO ، وأخيرا حصلوا على البنية المسامية الدقيقة المقابلة من خلال الكربنة عالية الحرارة. من صور SEM ، يمكن العثور على أن الهياكل غير المتماثلة للطبقة الانتقائية الخارجية وطبقة الدعم الداخلية المسامية التي تبلغ حوالي 3 ميكرومتر لا تزال محفوظة عند استخدام درجات حرارة كربنة مختلفة. CHFM-550 في أدنى درجة حرارة كربنة لديه أدنى صلابة ومعامل يونغ. مع زيادة درجة حرارة الكربنة ، تزداد الصلابة ومعامل يونغ تدريجيا. يمكن أن تعزى الزيادة في الصلابة والمعامل إلى التغيرات الهيكلية الداخلية الناجمة عن الزيادة في درجة حرارة الكربنة. في الوقت نفسه ، مع زيادة درجة حرارة الكربنة ، تضعف ذروة المسام >5 Å ، في حين أن المسام تبلغ ذروتها 800 وانتقائية H2 / CH4 هي >5700 ، مما يوفر إمكانية تنقية H2 في بعض العمليات. باختصار ، أنتج هذا العمل مادة ألياف مجوفة غير متماثلة من السليلوز عن طريق تدوير السليلوز الجريزوفولفين و EmimAc. يتم كربنة ألياف السليلوز المجوفة التي تم الحصول عليها عند درجة حرارة عالية للحصول على أغشية ألياف مجوفة غير متماثلة يساعدها هيكلها المسامي الدقيق على فصل H2 عن الغازات الأخرى.
4A المناخل الجزيئية ، دور المناخل الجزيئية 13x
المناخل الجزيئية 3A المناخل الجزيئية 4A المناخل الجزيئية 5A المناخل الجزيئية 13X المناخل الجزيئية المناخل الجزيئية الكربونية 3A تستخدم المناخل الجزيئية بشكل رئيسي في: مجففة للصناعات الكيميائية والبترولية والصيدلانية والزجاج العازل وغيرها من الصناعات. يتم استخدامه للجفاف الصناعي للمواد الهيدروكربونية غير المشبعة ، مثل الغاز المتصدع ، البيوتادين ، البروبيلين ، الأسيتيلين ، إلخ. ويمكن أيضا أن تستخدم لتجفيف الغاز والسائل القطبي والغاز الطبيعي. نظرا لصغر حجم المسام للغربال الجزيئية 3A ، يمكن التحكم في الامتزاز المشترك للجزيئات الأخرى بشكل فعال أثناء عملية الامتزاز. 4A تستخدم المناخل الجزيئية بشكل رئيسي في: الجفاف الساكن في أنظمة الغاز أو السائل المغلقة. كمجفف ثابت في أنظمة التبريد المنزلية ، والتعبئة والتغليف الصيدلانية ، ومكيفات الهواء للسيارات ، والمكونات الإلكترونية ، والمواد الكيميائية القابلة للتلف أو كعامل تجفيف في أنظمة طلاء البلاستيك. ويمكن أيضا أن تستخدم لتجفيف المواد الهيدروكربونية المشبعة في الصناعة، ويمكن أن تمتص الميثانول والإيثانول وكبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون، الخ. متوفر في أنظمة R-12 و R-22. ويمكن أيضا أن تستخدم لفصل وتنقية الغاز والمكونات السائلة ، مثل تنقية الأرجون ، وإعداد الإيثانول اللامائي الكاشف ، وما إلى ذلك. يمكن امتصاص المناخل الجزيئية الجزيئية 4A التي يمكن امتصاصها بواسطة المناخل الجزيئية 3A. 5A تستخدم المناخل الجزيئية بشكل رئيسي في: فصل n-isoparaffin ، فصل الأكسجين والنيتروجين ، تجفيف وتكرير الغاز الكيميائي والبترولي والطبيعي ، غاز تحلل الأمونيا والغازات والسوائل الصناعية الأخرى. يستخدم المناخل الجزيئية 13X بشكل رئيسي في: حجم المسام من 13X المنخل الجزيئي هو 10A ، وامتزاز أي جزيء أقل من 10A. يمكن استخدامه للناقل المشترك للمحفز ، والامتصاص المشترك للماء وثاني أكسيد الكربون ، والامتزاز المشترك للماء وغاز كبريتيد الهيدروجين. وهي تستخدم أساسا في تجفيف الطب وأنظمة ضغط الهواء. التنوع المهني. تستخدم المناخل الجزيئية الكربونية بشكل رئيسي في: المنخل الجزيئي الكربوني هو الممتز على مولد النيتروجين PSA. وهي تعتمد مبدأ الامتزاز المتأرجح بالضغط (PSA) لفصل النيتروجين عن الهواء.
كم من الوقت يستغرق المناخل الجزيئية 4a لعلاج الأسيتونيتريل
إذا أصبح المنخل الجزيئي 4a المنشط عكرا في عملية نزح مياه الأسيتونيتريل ، فيمكن غسله بالماء أولا ، ثم وضعه في فرن الكتم للتنشيط ، ثم استخدامه ، بحيث لا يتم التعامل مع التعكر. طريقة إزالة المياه للأسيتونيتريل المعالجة بواسطة غربال جزيئي من النوع 4a 1. أضف خماسي أكسيد الفوسفور والارتجاع حتى لا يتحول خامس أكسيد الفوسفور إلى اللون الأصفر ، وقم بتبخيره تحت حماية النيتروجين ؛. 2. إضافة هيدريد الكالسيوم والارتجاع لمدة ست إلى ثماني ساعات ، والبخار تحت حماية النيتروجين ؛ 3. غربال جزيئي لإزالة الماء ، وتجفيف غربال جزيئي 4A عند حوالي 300 درجة لمدة 6-8 ساعات ، وتبريده إلى درجة حرارة الغرفة تحت حماية النيتروجين ، وإضافته إلى الأسيتونيتريل تحت حماية النيتروجين أو السماح له بالوقوف لأكثر من 12 ساعة في بيئة جافة. 4. أضف هلام السيليكا أو غربال جزيئي 4A لإزالة الماء في الأسيتونيتريل ، ثم أضف هيدريد الكالسيوم وحرك حتى لم يعد يتم إطلاق الهيدروجين ، بحيث يمكن إزالة حمض الخليك ، تاركا كمية صغيرة فقط من الماء. ثم التقطير بنسبة ارتجاع عالية ، مع الحرص على منع الرطوبة من الدخول. لهذا السبب ، ارتد على هيدريد الكالسيوم ، أو أضف 0.5٪ -1٪ من خامس أكسيد الفوسفور إلى قارورة التقطير لإزالة معظم الماء المتبقي. يجب تجنب خماسي أكسيد الفوسفور الزائد لأنه سيشكل بوليمر برتقالي. 5. (1) إزالة المياه الأولية ضع الأسيتونيتريل في الحاوية ، وضعه في الغربال الجزيئي 4A (المنخل الجزيئي الجاف) ، وضعه في حاوية مغلقة لمدة 12 ساعة. (2) التصحيح. يتم سكب المحلول بعد إزالة الماء الأولية في قارورة مستديرة القاع ، وتضاف كمية مناسبة من خامس أكسيد الفوسفور ، ويتم استخدام دوار تحريك مغناطيسي. التقطير حتى لا يصبح لون خماسي أكسيد الفوسفور داكنا (عادة من 5 إلى 6 ساعات). تم تحرير المحلول الموجود في الموزع (يستخدم لغسل الزجاجة التي تحتوي على المحلول وتجفيفه باستخدام مجفف شعر). بعد ذلك ، تم إغلاق الزجاجة التي تحتوي على المحلول وتوصيلها بالطرف السفلي من الموزع ، واستمر التسخين في تقطير المحلول المتبقي ، تاركا حوالي 100 مل. ملاحظة: يجب أن يظل المحلول مغليا طوال العملية. (3) الحفظ: أضف المحلول المصحح إلى المنخل الجزيئي الجاف ، وقم بتخزينه في مكان مغلق بعيدا عن الضوء. 6. الأسيتونيتريل قابل للامتزاج بشكل لا نهائي بالماء والكحول ، ويمكن أن يشكل أزيتروب ثنائي بالماء. تكوينه و azeotrope هي كما يلي: azeotrope: 77 درجة مئوية (101.33kpa) ، محتوى الأسيتونيتريل 77 ٪ (W) جفاف الأسيتونيتريل ، بسبب الأسيتونيتريل والماء قابل للامتزاج بلا حدود ، والأسيتونيتريل يصعب تجفيفه. يمكن أن يشكل الأسيتونيتريل والماء أزيتروب ، ولكن لا يمكن فصل الماء. لمزيد من التنقية ، يمكن تجفيفه بكلوريد الكالسيوم اللامائي ، وتصفيته وإضافته مع 0.5-1٪ من أكسيد الفوسفور الخمسة (P2O5) ، ثم تقطيره تحت الضغط العادي. كرر هذه العملية حتى لا يتم تلوين خماسي أكسيد الفوسفور (P2O5) ، ثم أضف كربونات البوتاسيوم اللامائية المذابة حديثا (K2CO3) للتقطير لإزالة كمية ضئيلة من خامس أكسيد الفوسفور (P2O5). 7. أضف خماسي أكسيد الفوسفور (5-10 جم / فولت) إلى الأسيتونيتريل ، ارتجع لمدة 2-3 أيام ، ثم قم بتبخيره ، مما يمكن أن يزيل معظم الماء. لاحظ أنه يجب إضافة أنبوب تجفيف كلوريد الكالسيوم إلى أنبوب المكثف أثناء الارتجاع. يجب تجنب الإضافة المفرطة لخامس أكسيد الفوسفور حيث يمكن تشكيل بوليمرات البرتقال. تضاف كمية صغيرة من كربونات البوتاسيوم إلى الأسيتونيتريل المقطر لإعادة التقطير ، والتي يمكن أن تزيل الكمية النزرة من خامس أكسيد الفوسفور ، وأخيرا تستخدم عمود تجزئة للتفتيت. إنه أمر مزعج للغاية ، لكن من الأنقى إخراجه. 8. ارتجاع مع KMnO4 و K2CO3 لمدة 8 ساعات ، ثم البخار في قارورة مستديرة القاع مع P2O5. ارتجع لمدة 5 ساعات إضافية ، ثم تبخر.
ما الكثافة الظاهرية للغربال الجزيئي 4A؟
كمجفف للامتزاز ، يتم استخدام غربال جزيئي 4A بشكل متكرر. ما الكثافة الظاهرية للغربال الجزيئي 4A؟ 4A المنخل الجزيئي كروي والقضبان. 4 أ يبلغ قطر شرائط الغربال الجزيئية 1.5-1.7 مم، وكثافة سائبة ≥0.66 جم/مل، وقطر 3.0-3.3 مم، وكثافة ظاهرية ≥0.66 جم/مل؛ 4a قطر كروي للغربال الجزيئي 1.7-2.5 مم ، الكثافة الظاهرية ≥0.7 جم / مل ، القطر 3.0-3.3 مم ، الكثافة الظاهرية ≥0.7 جم / مل ؛ تشمل المعلمات أيضا تأهيل حجم الجسيمات ، ومعدل التآكل ، وقوة الضغط ، ومعدل امتصاص الماء الثابت ، ومعدل امتصاص الفورمالديهايد ، ومحتوى مياه التعبئة والتغليف ، وما إلى ذلك. 4a يمكن للغربال الجزيئي امتصاص الماء والميثانول والإيثانول وكبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكبريت وثاني أكسيد الكربون والإيثيلين والبروبيلين وما إلى ذلك ، ولا يمتص أي جزيئات قطرها أكبر من 4A (بما في ذلك البروبان) ، وأداء الامتزاز للمياه أفضل من أي غربال جزيئية أخرى. وهو عبارة عن أصناف غربال جزيئي صناعي بجرعة أكبر. 110 درجة مئوية على ما يرام لتبخر الماء في الغلاف الجوي ، ولكن لا يمكن تصريف الماء في الغربال الجزيئي. لذلك ، في المختبر ، يمكن تنشيطه وجفافه عن طريق التجفيف في فرن مكتوم. درجة الحرارة 350 درجة مئوية. تجف تحت الضغط العادي لمدة 8 ساعات (إذا كان هناك مضخة فراغ ، يمكن تجفيفها عند 150 درجة مئوية مع استخراج الهواء). يتم تبريد الغربال الجزيئي المنشط إلى حوالي 200 درجة مئوية في الهواء (حوالي دقيقتين) ، أي أنه يجب تخزينه في مكان جاف على الفور. إذا كان ذلك ممكنا ، استخدم النيتروجين الجاف لحماية الجهاز بعد الاستخدام لمنع الملوثات من الظهور مرة أخرى في الهواء. يجب تبريد الغربال الجزيئي 4a المنشط إلى حوالي 200 درجة مئوية (حوالي دقيقتين) في الهواء ، أي يجب تخزينه على الفور. . تأثير نسبة Si / Al للغربال الجزيئي أقل من 100 هو انخفاض نسبة السيليكون إلى الألومنيوم ، 100-200 هو نسبة السيليكون المتوسطة إلى الألومنيوم. أكثر من 200 هو السيليكون عالية. كلما ارتفعت نسبة السيليكون إلى الألومنيوم ، كان الاستقرار الحراري والتوصيل الحراري أفضل ، وأضعف الحموضة. يحتوي المنخل الجزيئي المحتوي على الألومنيوم على حموضة سطحية. سبب حموضته هو أن Al ثلاثي التكافؤ ، في حين أن Si رباعي التكافؤ. نعم ، هناك زوج من الشحنات على الألومنيوم المنسق ثلاثي ، وهو مصدر حمض L للغربال الجزيئي. إذا كان من أجل تحقيق التوازن بين الشحنات ، يتم إرفاق مجموعة هيدروكسيل بالألومنيوم ، والذي يصبح مصدر حمض B. يمكن أن تؤثر نسبة السيليكا إلى الألومينا للغربال الجزيئية بشدة على خصائصها الحمضية ، أي محتوى الحمض وقوة الحمض. إذا تم زيادة نسبة السيليكون إلى الألومنيوم ، فسيكون هناك المزيد من السيليكون ، وسيتم تقليل كمية الحمض ، وسيتم زيادة قوة الحمض في نفس الوقت. تستخدم المناخل الجزيئية أملاح الصوديوم في عملية التوليف ، وبالتالي فإن المناخل الجزيئية المشكلة هي من النوع Na أولا ، ويمكن الحصول على النوع H بعد التبادل الأيوني والتحميص NH4+. تحتوي المناخل الجزيئية من النوع H على كمية كبيرة من حمض B. لذلك ، فإن نسبة Si / Al لها تأثير حاسم على التفاعل المحفز بالحمض.
أي غربال جزيئي من 3A و 4A له أصغر حجم مسام؟
عند شراء المناخل الجزيئية ، لا تقول على وجه التحديد أي غربال جزيئي أفضل ، فقط أي غربال جزيئي أكثر ملاءمة. تتمثل المهمة الرئيسية للغربال الجزيئي في غربلة جزيء مادة من خلال حجم المسام للبنية البلورية الخاصة بالغربال الجزيئي. عند تلبية المتطلبات التقنية لإزالة المياه ، هل من الأفضل استخدام غربال جزيئي 3A أو غربال جزيئي 4A؟ بادئ ذي بدء ، لا تزال هذه المشكلة بحاجة إلى التمييز على وجه التحديد عن المادة المراد تجفيفها. أولا ، يجب إزالة حجم القطر الجزيئي للرطوبة (الجافة). إذا كان القطر الجزيئي الديناميكي للمادة المراد تجفيفها (جافة) أكبر من 3 نانومتر وأقل من 4 نانومتر ، فعندئذ ، إذا أردنا التخلص من الماء من هذه المادة ، فيمكننا فقط استخدام غربال جزيئي 3A ، لأنه إذا استخدمنا غربال جزيئي 4A ، فلن يمتص الماء الموجود في المادة فحسب ، ولكن أيضا امتصاص المادة التي تحتاج إلى الجفاف. هذه هي الحالة الأولى ، وهناك حالة أخرى الوضع هو أنه إذا كان القطر الديناميكي للمادة التي تحتاج إلى تجفيف (تجفيف) أكبر من 4A ، استخدام المناخل الجزيئية 4A بشكل عام ، لأن المناخل الجزيئية 4A لديها قدرة أقوى على امتصاص الرطوبة من 3A. إذا كان من الممكن استخدام كل من المنخل الجزيئي 3A والمنخل الجزيئي 4A لإزالة الماء ، فما هو الغربال الجزيئي الذي يجب أن نستخدمه؟ في هذه الحالة ، نستخدم عموما غربالا جزيئيا 4A ، لأن امتصاص الماء للغربال الجزيئي 4A يزيد عن 22٪ ، وقدرة امتصاص الماء 3A تزيد عن 21٪. بشكل عام ، فإن قدرة امتصاص الماء للغربال الجزيئي 4A أقوى من قدرة المنخل الجزيئي 3A. أي أن سعر المنخل الجزيئي 4A أرخص من سعر الغربال الجزيئي 3A.