V blízkej budúcnosti môže inovatívny filtračný materiál znížiť environmentálne nákladyvýroba plastov. Tím vedcov z Národného inštitútu pre normy a technológie (NIST) zistila, že táto Inovatívna technológia môže extrahovať kľúčové komponenty najbežnejšou formou plastu zo zmesi iných chemikálií a konzumovať oveľa menej energie, než je obvyklé.
Tento materiál je druh kovu organické rámcové zlúčeniny (MOF). Prostredníctvom opakovaných pokusov bolo preukázané, že majú schopnosť oddeliť jeden uhľovodík od organickej molekulárnej polievky vyrobenej v procese rafinácie. Vzhľadom k tejto schopnosti, MOF má veľkú hodnotu v priemysle plastov a ropy. V porovnaní s tradičnou technológiou rafinácie, MOF umožňuje výrobcom oddeliť za nižšiu cenu.
Táto perspektíva je Metal organické rámcové zlúčeniny (MOF) už dlho zameranie NIST a ďalších inštitúcií. Vďaka nášmu úsiliu môže MOF teraz oddeliť rôzne oktánové benzín a urýchliť komplexné chemické reakcie. Napriek tomu, dôležitý cieľ sa ukázal ako nepolapiteľný: nájdenie priemyslu je prvou voľbou pre ťažbu etylénu, molekuly potrebné, aby sa polyetylénu, plast používa na výrobu nákupných tašiek a ďalších každodenných kontajnerov.
Avšak, papier uverejnený vo vede v októbri 25, 2018 ukazuje, že plne študoval Metal organické rámcovej zlúčeniny (MOF) môže byť upravený tak, aby samostatný čistý etylén zo zmesi etánu. Tento tím úspech bol spoločne dokončená University of Texas v San Antonio (UTSA) a University of Taiyuan, Čína, a vykonala výskum v NIST centrum pre Neutron Research (NCNR), čo znamená dôležitý krok vpred v tejto oblasti.
To si vyžaduje veľa energie, aby sa plasty. Polyetylén je najbežnejší typ plastu, vyrobený z etylénu, ktorý je jedným z mnohých molekúl uhľovodíkov nájdené v procese rafinácie ropy. Etylén musí byť vysoko čistený, aby zohrávali úlohu vo výrobnom procese, ale súčasná priemyselná technológia na separovaný etylén zo všetkých ostatných uhľovodíkov je nízka teplota, ale vysoká spotreba energie, ktorá musí ochladiť surovú ropu na-100C alebo nižšiu.
Etylén a etán tvoria hlavnú časť uhľovodíkov v zmesi. Oddelenie týchto dvoch látok je najviac energeticky náročné krok tak ďaleko. Nájdenie alternatívnej metódy separácie zníži ročnú globálnu produkciu jeden bod sedem energie potrebnej pre 100 000 000 ton etylénu.
Po mnoho rokov, vedci hľadajú takú alternatívnu metódu. Metal organické rámcové zlúčeniny (MOF) vyzerajú sľubne. Na mikro úrovni, vyzerajú ako polovica postavená mrakodrer s nosníky, žiadne steny. Tam sú niektoré uhľovodíkové molekuly pevne pripevnené k povrchu týchto nosníkov, takže vhodné MOF môže byť aplikovaný do zmesi dvoch uhľovodíkov, z ktorých jedna môže byť vytiahnutá zo zmesi, takže ostatné uhľovodíkové môže objaviť v čistej forme.
Kľúčom k štúdiu je vytvoriť MOF, ktorý umožňuje etylén prejsť. Pre priemysel plastov, to bol Crux.
"Je ťažké to urobiť," povedal Wei Zhou, vedec v NIST Center for Neutron Research (NCNR). "Zistilo sa, že väčšina MOF zachytí etylén skôr ako etán. Niektoré z nich dokonca vykazujú vynikajúcu separáciu výkonu selektívnou adsorpciou etylénu. Ale z pohľadu priemyslu, ak je to možné, ste ochotní zabaviť etán ako etylén, absorbovať etán a nechať etylén prejsť. "
Výskumný tím strávil roky snaží vyriešiť problém. V 2012, ďalší tím pracujúci v centre NIST pre Neutron Research (NCNR) zistil, že špeciálna kostra, MOF-74, môže dobre oddeliť rôzne uhľovodíky, vrátane etylénu. To sa zdá byť dobrým miestom pre Štart, ako členovia tímu Hľadať veľa vedeckej literatúry pre viac inšpirácie. Myšlienka z biochémie nakoniec viedol je správnym smerom.
Tento druh železa-založené Metal organický rámec zdobený peroxidom skupina môže zachytiť etán a umožniť etylénu prejsť, takže je možné poskytnúť účinnejšiu a ekonomickú metódu očistiť etylénu (najdôležitejšie suroviny pre výrobu plastov).
"Nájdenie spôsobov, ako prelomiť silnú väzbu medzi uhlíkom a vodíkom je obrovská téma v chémii," povedal Banglin Chen, profesor na University of Texas v San Antonio, ktorý viedol výskumný tím. "Môžete vytvoriť veľa cenných nových materiálov tým. Zistili sme z predchádzajúceho výskumu, že zlúčeniny obsahujúce peroxid železa môže zlomiť puto. "
Rozbiť puto molekuly uhľovodíkov, tím dospel k záveru, zlúčenina musí byť najprv schopný prilákať. Keď transformovali stenu MOF-74 do štruktúry podobnej tejto zlúčeniny, zistili, že molekula nasávaný zo zmesi bol etán.
Tím priniesol MOF do centra NIST pre Neutron Research (NCNR) študovať svoje atómovej štruktúry. Pomocou techniky nazývanej neutrónov difrakcia, ktoré určujú, ktorá časť povrchu MOF priťahuje etánu-dôležitý dôvod, prečo len ich Inovácia bola úspešná.
"Ak nemôžeme pochopiť tento mechanizmus v zásade nikto nebude veriť našim výsledkom," povedal Chen. "Veríme tiež, že môžu existovať aj iné veci, ktoré môžeme urobiť, ak sa snažíme o zvýšenie ďalších malých skupín na povrchu. Jedná sa o nový smer výskumu, sme veľmi nadšení. "
