Сырая нефть играет незаменимую роль в современной жизни, она приводит в движение транспортные средства, отапливает дома и обеспечивает топливом промышленность. Однако процесс разделения сырой нефти потребляет огромное количество энергии на Земле.
Сообщается, что около 1% мирового потребления энергии используется для разделения сырой нефти на бензин, дизельное топливо и отопительное масло, и этот процесс также генерирует около 6% мировых выбросов углекислого газа, большая часть которых происходит от высоких температур, необходимых для кипячения сырой нефти и разделения ее по температуре кипения.
Сегодня инженеры Массачусетского технологического института сделали прорыв, разработав мембрану, которая может фильтровать компоненты сырой нефти в зависимости от молекулярного размера, что, как ожидается, заменит энергоемкие методы разделения сырой нефти на основе тепла. Этот результат может изменить способ переработки нефти в мире и значительно сократить связанные с этим выбросы.
Исследовательская группа Массачусетского технологического института изобрела тонкую полимерную мембрану, которая может скрининговать масляные соединения на основе формы и размера, а не температуры кипения. Этот переход может снизить энергию, необходимую для разделения сырой нефти, до 90%.
"Это совершенно новый способ задуматься о процессе разделения. Вместо того, чтобы очищать смеси путем кипячения, компоненты лучше разделять по форме и размеру", — говорит доцент химической инженерии в Массачусетском технологическом институте и старший автор исследования Захари П. Смит.
Эта новая мембрана обладает свойствами против набухания, устраняет основные недостатки более ранних версий и хорошо работает как с легкими, так и с тяжелыми углеводородами.
Для создания этой новой мембраны исследовательская группа заимствовала технологии водной промышленности. С 1970-х годов мембраны обратного осмоса снизили энергопотребление опреснения морской воды на 90%, и ученые Массачусетского технологического института модифицировали их, чтобы они могли перерабатывать сырую нефть.
Они заменили гибкие амидные связи жесткими иминовыми связями, что повышает стабильность и гидрофобность пленки, позволяя углеводородам быстро проходить через мембрану, не вызывая ее надувания. "Это совершенно новый способ задуматься о процессе разделения. Вместо того, чтобы очищать смеси путем кипячения, лучше разделить компоненты в зависимости от формы и размера", — говорит старший автор исследования и доцент химической инженерии в Массачусетском технологическом институте Закари П. Смит.
Стоит отметить, что мембрана обладает антинабухательными свойствами, преодолевает основные недостатки более ранних версий и хорошо работает как с легкими, так и с тяжелыми углеводородами.
Для создания этой новой мембраны команда повторно использовала технологии водной промышленности. С 1970-х годов мембраны обратного осмоса значительно снизили энергопотребление для опреснения морской воды, и ученые Массачусетского технологического института модифицировали эти мембраны для обработки сырой нефти. Они заменили гибкие амидные связи жесткими иминовыми связями, чтобы сделать пленку более стабильной и гидрофобной, позволяя углеводородам быстро проходить через мембрану, не вызывая ее расширения. «Полииминовый материал образует поры на границе раздела, и теперь он не расширяется благодаря добавлению химии сшивания», — говорит старший автор исследования Закари П. Смит.
Разработанная для промышленных масштабов, мембрана формирует точные и долговечные поры с использованием мономера под названием трифенин, изготовленной по технологии межфазной полимеризации, которая уже применяется в промышленном масштабе, создавая условия для массового производства. Ведущий автор Ли объяснил: «Основное преимущество межфазной полимеризации заключается в том, что это зрелый метод приготовления мембран для очистки воды, и эти химические методы могут быть применены к производственным линиям существующего масштаба».
В лабораторных испытаниях мембрана показала отличные результаты. Он повышает концентрацию толуола в смеси трикумена в 20 раз, а также эффективно разделяет проб реальных промышленных нефтепродуктов, содержащих нафту, керосин и дизельное топливо. « С такой мембраной можно иметь установку, которая заменяет начальную стадию колонны фракционирования сырой нефти, сначала разделяя тяжелые и легкие молекулы, а затем очищая сложную смесь с помощью различных мембранных каскадов и разделяя необходимые химикаты »,-сказал Смит.
Эксперты считают, что это может стать серьезным скачком в эффективности промышленности. «В исследовании используются основные технологии в индустрии мембранного опреснения... и создается новый подход к применению ее к органическим системам ",-прокомментирует профессор химической инженерии Университета Королевы Мэри в Лондоне Эндрю Ливингстон.
