En collaboration avec des partenaires de coopération, un chercheur de l’Institut de technologie de Karlsruhe (Kit) a développé des « liquides poreux »: des nanoparticules, capables de séparer les molécules de gaz de tailles différentes les unes des autres, flottent – finement réparties – dans un solvant. En effet, les particules ont des pores vides, à travers les ouvertures desquelles seules des molécules d’une certaine taille peuvent pénétrer. Ces liquides poreux peuvent être utilisés directement ou transformés en membranes qui séparent efficacement le propène des mélanges gazeux. Propen, à son tour, est utilisé comme matière de départ pour le propylène, une matière plastique largement utilisée. Cela pourrait remplacer la distillation énergivore qui était la procédure courante jusqu’à présent.



Le propène, également appelé propylène, est l’une des matières premières les moreover importantes pour l’industrie chimique, dont approximativement 100 millions de tonnes sont utilisées chaque année dans le monde. Le polypropylène, véritable « plastique de masse », produit à partir de propène est principalement utilisé pour l’emballage, mais aussi dans des industries comme la construction et l’automobile. Le propène est principalement obtenu par le traitement du pétrole brut ou du gaz naturel. Dans ce processus, il est séparé des autres gaz par distillation puis purifié. « Dans la littérature system, on suppose que la séparation des gaz en pétrochimie à l’aide de membranes ne coûterait qu’un cinquième de l’énergie nécessaire à la distillation. Compte tenu des grandes quantités de propène requises, cela signifie que la libération d’énormes quantités de gaz à effet de serre Le CO2 peut être évité « , déclare le Dr Alexander Knebel, chef du groupe de recherche junior, du Package Institute of Functional Interfaces, qui a mené des recherches à la Leibniz Universität de Hanovre et en Arabie saoudite jusqu’en 2019.

Le chimiste est un contributeur majeur à un projet de recherche qui, pour la première fois, suscite l’intérêt de l’industrie pétrochimique en ce qui concerne l’utilisation de membranes pour la séparation du propène. Les partenaires de coopération de Knebel étaient des scientifiques de la Leibniz Universität Hannover, de l’Université King Abdullah des sciences et de la technologie et du Deutsches Institut für Kautschuktechnologie.



Armature métallique-organique distribuée dans un liquide pour la première fois

Les chercheurs ont commencé leurs travaux avec le matériau solide ZIF-67 (framework d’imidazole zéolithique) dont les atomes forment une ossature métal-organique avec des ouvertures de pores de, 34 nanomètre de big. Ce faisant, ils ont systématiquement modifié la surface area des nanoparticules de ZIF-67. « Cela nous a permis de disperser finement une charpente métallique organique dans des liquides tels que le cyclohexane, le cyclooctane ou le mésitylène », explique joyeusement Knebel. Les scientifiques appellent la dispersion résultante « liquide poreux ».

Le propène gazeux a besoin de beaucoup moreover de temps pour traverser une colonne remplie de liquide poreux que le méthane, par exemple. En effet, le propène est retenu, pour ainsi dire, dans les pores des nanoparticules, tandis que les furthermore petites molécules de méthane passent en douceur. « Nous voulons exploiter cette propriété de la dispersion dans le futur pour produire des membranes de séparation des liquides », déclare Knebel.

Pourtant, des liquides poreux peuvent également être utilisés pour produire des membranes de séparation solides avec des propriétés particulièrement avantageuses. Les chercheurs ont produit des membranes à partir d’une matière plastique et du ZIF-67 chimiquement modifié. Ils ont réussi à augmenter la proportion de ZIF-67 modifié dans la membrane à 47,5% sans la rendre mécaniquement instable. Lorsque les scientifiques ont fait passer un mélange gazeux composé de get-togethers égales de propène et de propane sur deux membranes disposées en série, ils ont obtenu du propène d’une pureté d’au moins 99,9%, même si les deux molécules de gaz ne diffèrent pas en taille de additionally de, 2 nanomètre.

Outre son efficacité de séparation, la quantité de mélange gazeux traversable en un certain temps est déterminante pour l’utilisation pratique d’une telle membrane. Ce débit était au moins trois fois additionally élevé avec les nouvelles membranes qu’avec les matériaux précédents. Avec les valeurs de séparation atteintes, Knebel est convaincu qu’il serait rentable pour l’industrie pétrochimique d’utiliser pour la première fois des membranes au lieu des procédés de distillation conventionnels pour la séparation des gaz.

Il est essential pour les performances des membranes que le as well as de particules organométalliques possible puissent être réparties uniformément dans le plastique et que les pores des nanoparticules ne soient pas obstrués par les solvants lors de la generation de la membrane, c’est-à-dire qu’ils restent vides, pour ainsi dire. « Nous avons pu atteindre ces deux objectifs parce que nous n’avons pas incorporé directement de particules solides dans la membrane, mais plutôt procédé by means of les liquides poreux même si cela ressemble à un détour », explique Knebel.