宾夕法尼亚大学的梅丽莎·帕帕斯 研究人员展示了用于创建他们的膜的方法如何允许微调最终过滤器中纳米结构的间距
学分:宾夕法尼亚大学 化学分离过程在从汽油到威士忌的许多产品的制造中是必不可少的
这种过程在能源方面非常昂贵，约占全球能源消耗的10-15%
特别是，所谓的“热分离过程”的使用，例如用于分离基于石油的碳氢化合物的蒸馏，在化学工业中根深蒂固，并且具有非常大的相关能量足迹
基于膜的分离过程具有显著降低这种能耗的潜力
从我们呼吸的空气和饮用的水中分离污染物的膜过滤过程已经变得很普遍
然而，用于分离碳氢化合物和其他有机物质的膜技术还远远没有发展起来
宾夕法尼亚大学的工程师正在通过重新思考纳米尺度上的物理结构来开发新的节能有机分离膜
使用自组装膜的纳滤一直是Chinedum Osuji，Eduardo D
格兰特化学和生物分子工程系的校长教授和他的实验室
这些膜的性能在之前的一项研究中得到了强调，该研究描述了膜本身的结构如何有助于将传统纳滤膜中遇到的选择性和渗透性之间的折衷限制降至最低
这项技术也包括在去年的Y奖竞赛中，获胜者已经提出了一个案例，用于在一家名为LiberTech的初创公司中生产不含酒精的啤酒和葡萄酒
现在，Osuji的最新研究将这种膜用于乙醇和异丙醇等有机溶液的过滤，其自组装分子使其比传统的有机溶剂纳滤(OSN)更有效
这项发表在科学进展的研究描述了如何通过改变最终形成材料的自组装分子的大小或浓度来微调这种膜的均匀孔隙
这种可调性现在为使用这种膜技术解决更多样的真实世界有机过滤问题打开了大门
Osuji实验室的研究人员，包括第一作者和前博士后研究员张一舟，博士后研究员Dahin Kim和研究生董瑞琪，以及东华大学的冯迅达，都对这项工作做出了贡献
学分:宾夕法尼亚大学 该团队面临的一个挑战是在不同极性的有机溶剂中保持膜稳定性的困难
他们选择了在有机流体中表现出低溶解度的分子种类，表面活性剂，它们可以有效地化学连接在一起以提供所需的稳定性
当超过一定浓度时，表面活性剂在水中自组装，形成软凝胶
这种作为浓度函数的自组装(有序状态的形成)被称为溶致性行为:“lyo-”指溶液，“tropic”指有序
这样形成的凝胶被称为溶致中间相
本研究中开发的膜是通过首先在水中形成表面活性剂的溶致中间相，将软凝胶铺展成薄膜，然后使用化学反应将表面活性剂连接在一起形成纳米多孔聚合物而形成的
聚合物中孔的尺寸由溶致中间相的自组装结构决定
“在水溶液中达到一定浓度时，表面活性剂分子聚集并形成圆柱形棒，然后这些棒将自组装成六角形结构，产生凝胶状材料，”Osuji说
“我们可以控制膜的渗透性或孔径的方法之一是通过改变用于形成膜本身的表面活性剂分子的浓度和大小
在这项研究中，我们操纵这两个变量来调整我们的孔径从1
2纳米到0
6纳米
" 这些膜与有机溶剂兼容，可以定制以应对不同的分离挑战
有机溶剂纳滤可以减少传统热分离过程的足迹
这里开发的膜的均匀孔径在膜选择性方面提供了引人注目的优势，并最终提高了能效
“这项技术的一个具体应用是生物燃料生产，”Osuji说
“从生物反应器中分离与水混溶的醇是制造乙醇和丁醇生物燃料的关键步骤
膜分离可以减少从反应器的水性介质中分离产物醇或燃料所用的能量
在诸如这样的小规模操作中，使用膜是特别有利的，在这种操作中蒸馏是不经济的
" 此外，许多药物产品的生产通常包括在不同溶剂环境中的几个合成步骤
这些步骤需要将化学中间体从一种溶剂转移到另一种可混溶的溶剂中，这使得这种新型膜成为药物开发过滤需求的完美解决方案
" 他们研究的下一步包括理论和实践
该团队计划开发新的膜截留和渗透模型，以解决溶液通过其膜的独特流动模式，并确定其可调技术的其他未来应用
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
