In de scheikunde en de aanverwante industrie wordt veel gewerkt met energievretende scheidingstechnieken zoals destillatie. Al in de jaren 80 werd veel verwacht van de membraantechnologie, maar de echte doorbraak is er nooit gekomen. Er wordt in de chemie nog steeds veel gedestilleerd. Onderzoekers van het technologisch instituut van de Amerikaanse staat Georgia denken met hun metaaloxidemembranen in ieder geval een deel van de oplossing te hebben gevonden.
Chemische bedrijven verbruiken gigantische hoeveelheden energie voor het scheiden van stoffen. “De meeste van die scheidingstechnieken zijn thermisch zoals destillatie”, zegt onderzoeker Ryan Lively. “Daardoor wordt er ontzettend veel energie besteed aan scheidingsprocessen, zo’n 10 tot 15% van het wereldenergieverbruik. Scheidingstechnieken die zonder warmte en faseovergangen werken zijn veel minder energieintensief. Als we die zouden gebruiken zouden we daar 90% op kunnen besparen.”
Zoals ik al zei zit membraantechnologie al tientallen jaren in de kijker om de energievretende scheidingstechnieken te verdrijven, maar het feit dat dat niet is gebeurd wil zeggen dat er iets aan schort. In de chemische industrie zou dat dan kunnen betekenen dat (kunststof) membranen slecht opgewassen zijn tegen organische oplosmiddelen. Nu hebben de Georgia-onderzoekers een polymeer membraan ontwikkeld waarin een metaaloxidenetwerk is opgenomen. Dat zou minder last hebben van de nare organische oplosmiddelen die veelvuldig in de chemie worden gebruikt. Er zijn overigens nog wel andere bezwaren zoals het dichtlopen van de membranen, de geringe doorzet en nog wat van die zaken.

“We plaatsen een geprefabriceerd membraan in een reactor en ‘bombarderen’ dat met metaaldampen die zich vanzelf nestelen in het membraan”, zegt medeonderzoeker Mark Losego. “Dat heet dampfaseinfiltratie en daarmee krijg je een uniform netwerk van metaaloxide over het hele membraan. Dat noemen we dan ook hybride.”

Oplosmiddelen

Niet alleen bleken die hybride membranen beter bestand tegen oplosmiddelen dan concurrente membranen, maar ook hun scheidingsprestaties waren beter. Lively: “Sommige stoffen die gescheiden moeten worden zijn vrij overeenkomstig in vorm, grootte en andere eigenschappen, wat het moeilijk maakt ze te scheiden met membranen. Dit hybride membraan is veel selectiever.”
De membranen werden uitgeprobeerd in nare stofjes als tetrahydrofuraan (THF), dichloormethaan en chloroform. Dat zijn oplosmiddelen die heel wat polymeren kunnen ‘verslinden’. Met die stoffen hielden de hybride membranen maanden heldhaftig stand. Ook testten de onderzoekers twee stoffen die qua grootte weinig verschilden. De membranen maakten onderscheid tussen deeltjes die slechts 0,2 nm (1 nm=10^-9 m) in grootte verschilden.
Losego stelt dat het maken van dergelijke hybride membranen goed te doen is. “Dat is erg eenvoudig om te zetten naar industriële schaal.” De onderzoekers gaan door op het ingeslagen pad om het scheidend vermogen te verfijnen en nieuwe typen hybride membranen te ontwikkelen voor een variëteit van scheidingsprocessen. Dat daarmee alle destillatietorens in de chemie zullen verdwijnen (en daarmee energievretende operaties) lijkt me een utopie zolang we daar scheikunde bedrijven van de oude stempel…

Bron: Science Daily