Yeni membran endüstriyel solventlerin saflaştırılmasını hızlandırıyor

KU Leuven liderliğindeki uluslararası bir ekiple çalışan Kimya Mühendisliği Bölümü’nden araştırmacılar, yaygın olarak kullanılan solventlerin saflaştırılmasında verimliliği artırmak için bir membran teknolojisi geliştirdi.

Araştırmacılar, suyun dünya çapında ilaç ve elektronik endüstrilerinde kullanılan bir çözücü olan izopropanolden nasıl daha hızlı ayrılabileceğini gösteriyor.

Sonuçlar, şu tarihte yayınlandı: Doğa İletişimiyüksek enerji girdisi gerektiren mevcut arıtma yöntemlerine alternatif sunmaktadır.

Kimyasal karışımları saf bileşenlere ayırmak, endüstriyel kimyada çok önemli ancak enerji yoğun bir işlemdir ve küresel enerji kullanımının %10 ila %15’ini oluşturur. Bunun bir örneği, ilaç ve elektronik gibi sektörlerde yaygın olarak kullanılan bir çözücü olan izopropanolün saflaştırılmasıdır. Temel olarak ısıtma ve damıtma temelli mevcut saflaştırma yöntemlerinin kimya endüstrisinde hem enerji tüketimi hem de CO₂ emisyonları üzerinde önemli bir etkisi vardır.

KU Leuven’deki projenin baş araştırmacısı Profesör Bart Van der Bruggen şunları söyledi: “Daha sürdürülebilir üretim süreçlerine olan talebin artmasıyla birlikte, izopropanolün (yine yenilenebilir kaynaklardan elde edilen biyo bazlı formlarında da) büyük ölçekte kullanılmaya devam edilmesi için daha verimli ayırma teknikleri şarttır.”

Çok küçük değil, çok büyük değil

Araştırma ekibi, ultra ince karbon katmanlarından oluşan bir malzeme olan grafen oksite dayalı yeni bir membran türü geliştirdi. Geleneksel grafen oksit tabakalarını daha küçük gözenekler içeren yeni varyantlarla birleştirerek, iki işleve sahip bir iç yapı oluşturdular: daha büyük molekülleri tıkayan dar kanallar ve suyu çeken ve geçmesine izin veren bölgeler.

KU Leuven’de doktora araştırmacısı olan Lei Jiang şunları söyledi: “Asıl zorluk, kanalların ayırmayı yavaşlatacak ve daha fazla enerji gerektirecek kadar küçük olmadığı, aynı zamanda son ürünün saflığını azaltacak kadar da büyük olmadığı bir yapı tasarlamaktır.

“Yeni membran, hem verimli hem de yüksek kaliteli ayırmayı tek bir yapıda birleştiriyor.”

Kimya Mühendisliği Bölümü’nden araştırmacı ve çalışmanın bağımsız baş araştırmacısı Dr. Pengrui Jin şunları söyledi: “Yeni membran, %90 izopropanol ve %10 su içeren bir karışımdan suyu verimli bir şekilde uzaklaştırıyor. Suyu seçici bir şekilde membrandan geçirerek yaklaşık %99,6 su içeren bir süzüntü üretiyor. Ayrıca, süreç mevcut tekniklerden daha hızlıdır ve yüksek sıcaklıklara dayanmadığı için daha az enerji gerektirir.”

Geniş uygulanabilirlik

Van der Bruggen, “Membran her alanda kazanımlar sağlıyor: saflık, enerji tüketimi ve ekonomik verimlilik” diye ekledi.

“Teknolojiyi diğer kimyasal karışımlar üzerinde de test etmek için sabırsızlanıyoruz.”

Yüksek saflık seviyeleri ve daha düşük enerji talebinin birleşimi sayesinde bu yeni membran, daha iklim dostu bir kimya endüstrisine geçişi destekleyebilir. Araştırmacılar şu anda teknolojiyi ölçeklendirme seçeneklerini araştırıyor ve patent başvurusu yapma olasılığını değerlendiriyor.