In naher Zukunft kann ein innovatives Filtermaterial die Umweltkosten von senkenKunststoffherstellung. Das Wissenschaftlerteam des Nationalen Instituts für Standards und Technologie (NIST) stellte fest, dass diese innovative Technologie Schlüsselkomponenten der gängigsten Kunststoffform aus einer Mischung anderer Chemikalien extrahieren und weitaus weniger Energie verbrauchen kann als üblich.
Dieses Material ist eine Art metallorganische Gerüstverbindung (MOF). Durch wiederholte Experimente wurde nachgewiesen, dass sie einen einzelnen Kohlenwasserstoff von der im Raffinierungsprozess hergestellten organischen molekularen Suppe trennen können. Aufgrund dieser Fähigkeit hat MOF einen großen Wert in der Kunststoff- und Erdölindustrie. Im Vergleich zur herkömmlichen Raffinationstechnologie können Hersteller mit MOF kostengünstiger trennen.
Aufgrund dieser Aussicht stehen metallorganische Gerüstverbindungen (MOF) seit langem im Mittelpunkt von NIST und anderen Institutionen. Durch unsere Bemühungen kann MOF nun verschiedene Oktanbenzine trennen und komplexe chemische Reaktionen beschleunigen. Ein wichtiges Ziel hat sich jedoch als schwer fassbar erwiesen: die erste Wahl der Industrie für die Extraktion von Ethylen zu finden, das zur Herstellung von Polyethylen benötigte Molekül, der zur Herstellung von Einkaufstüten verwendete Kunststoff und andere alltägliche Behälter.
Ein im Oktober in der Wissenschaft veröffentlichter Artikel 25, 2018 zeigt jedoch, dass eine vollständig untersuchte metallorganische Gerüstverbindung (MOF) modifiziert werden kann, um reines Ethylen von der Ethanmischung abzutrennen. Diese Teamleistung wurde gemeinsam von der Universität von Texas in San Antonio (UTSA) und der Universität von Taiyuan, China, abgeschlossen und am NIST-Zentrum für Neutronenforschung (NCNR) durchgeführt, was einen wichtigen Fortschritt in diesem Bereich darstellt.
Die Herstellung von Kunststoffen erfordert viel Energie. Polyethylen ist die häufigste Art von Kunststoff aus Ethylen, einem von vielen Kohlenwasserstoffmolekülen, die bei der Rohölraffinierung vorkommen. Ethylen muss hochgereinigt werden, um eine Rolle im Herstellungsprozess zu spielen, aber die derzeitige industrielle Technologie zur Trennung von Ethylen von allen anderen Kohlenwasserstoffen ist ein Niedertemperaturprozess mit hohem Energieverbrauch, bei dem das Rohöl auf -100 ° C oder weniger abgekühlt werden muss.
Ethylen und Ethan bilden den Hauptteil der Kohlenwasserstoffe in der Mischung. Die Trennung dieser beiden Substanzen ist der bislang energieintensivste Schritt. Durch die Suche nach einer alternativen Trennmethode wird die jährliche weltweite Produktion um einen Punkt sieben reduziert. Energiebedarf für 100 Millionen Tonnen Ethylen.
Seit vielen Jahren suchen Wissenschaftler nach einer solchen alternativen Methode. Metallorganische Gerüstverbindungen (MOF) sehen vielversprechend aus. Auf der Mikroebene sehen sie aus wie ein halbgebauter Wolkenkratzer mit Trägern, ohne Wände. Es gibt einige Kohlenwasserstoffmoleküle, die fest an der Oberfläche dieser Träger haften, so dass das geeignete MOF in das Gemisch aus zwei Kohlenwasserstoffen injiziert werden kann, von denen einer aus dem Gemisch herausgezogen werden kann, so dass der andere Kohlenwasserstoff in reiner Form erscheinen kann .
Der Schlüssel zur Studie besteht darin, ein MOF zu erstellen, durch das Ethylen hindurchtreten kann. Für die Kunststoffindustrie war dies der springende Punkt.
GG quot; Es ist schwer,'" sagte Wei Zhou, ein Wissenschaftler am NIST-Zentrum für Neutronenforschung (NCNR). Es wurde gefunden, dass die meisten MOF eher Ethylen als Ethan einfangen. Einige von ihnen zeigen sogar eine ausgezeichnete Trennleistung durch selektive Adsorption von Ethylen. Aus Sicht der Industrie sind Sie jedoch eher bereit, Ethan als Ethylen zu beschlagnahmen, Ethan zu absorbieren und Ethylen durchzulassen."
Das Forschungsteam hat jahrelang versucht, das Problem zu lösen. In 2012 fand ein anderes Team des NIST' s Center for Neutron Research (NCNR) heraus, dass ein spezielles Gerüst, mof-74, verschiedene Kohlenwasserstoffe, einschließlich Ethylen, gut trennen kann. Dies scheint ein guter Anfang zu sein, da die Teammitglieder viel wissenschaftliche Literatur nach mehr Inspiration durchsuchen. Eine Idee aus der Biochemie führte sie schließlich in die richtige Richtung.
Diese Art von organischem Metallgerüst auf Eisenbasis, das mit Peroxidgruppen dekoriert ist, kann Ethan einfangen und Ethylen durchlassen, so dass eine effektivere und wirtschaftlichere Methode zur Reinigung von Ethylen (dem wichtigsten Rohstoff für die Kunststoffherstellung) bereitgestellt werden kann.
GG "Wege zu finden, um die starke Bindung zwischen Kohlenstoff und Wasserstoff zu lösen, ist ein großes Thema in der Chemie, GG"; sagte Banglin Chen, ein Professor an der Universität von Texas in San Antonio, der das Forschungsteam leitete." Auf diese Weise können Sie viele wertvolle neue Materialien erstellen. Wir haben aus früheren Untersuchungen herausgefunden, dass Verbindungen, die Eisenperoxid enthalten, die Bindung aufbrechen können."
Um die Bindung von Kohlenwasserstoffmolekülen aufzubrechen, muss die Verbindung zunächst in der Lage sein, sie anzuziehen. Als sie die Wand von mof-74 in eine dieser Verbindung ähnliche Struktur umwandelten, stellten sie fest, dass das aus der Mischung abgesaugte Molekül Ethan war.
Das Team brachte das MOF zum NIST-Zentrum für Neutronenforschung (NCNR), um seine Atomstruktur zu untersuchen. Mithilfe einer als Neutronenbeugung bezeichneten Technik bestimmten sie, welcher Teil der Oberfläche des MOF' Ethan anzog - ein wichtiger Grund, warum nur ihre Innovation erfolgreich war.
GG "Wenn wir&# 39 nicht verstehen können, wird niemand unseren Ergebnissen glauben, GG"; Sagte Chen." Wir glauben auch, dass es andere Dinge geben kann, die wir tun können, wenn wir versuchen, andere kleine Gruppen an der Oberfläche zu vergrößern. Dies ist eine neue Forschungsrichtung, wir sind sehr gespannt."
