Rivoluzione nella Separazione: La Membrana Bioispirata ZIF-67 che Cambia le Regole del Gioco

Scopri come una nuova membrana innovativa sta trasformando l'industria chimica con prestazioni superiori nella separazione di propilene e propano.

Innovativa Membrana Bioispirata ZIF-67 MOF

Un team di ricercatori ha sviluppato una membrana bioispirata ZIF-67 MOF, caratterizzata da durabilità e capacità di separazione del propilene dal propano. Questa membrana offre prestazioni elevate e stabilità a lungo termine, rendendola adatta per applicazioni industriali.

Importanza del Propilene nell’Industria Chimica

Il propilene, in particolare quello di grado polimerico con purezza superiore al 99,5%, è una materia prima cruciale nell’industria chimica. Tuttavia, la sua produzione genera propano come sottoprodotto, rendendo la separazione tra i due composti un passaggio fondamentale. Questo processo è noto per la sua alta intensità energetica, dovuta alle similitudini nelle proprietà fisiche e chimiche delle molecole di propilene e propano.

Membrane a Setaccio Molecolare come Soluzione

Le membrane a setaccio molecolare rappresentano una soluzione promettente per la separazione energeticamente efficiente. I materiali framework metal-organici (MOF) sono particolarmente adatti per la realizzazione di tali membrane. Tuttavia, le loro prestazioni possono essere compromesse da:

  • Effetto di apertura del cancello delle finestre flessibili
  • Difetti intercristallini non selettivi
  • Fragilità delle membrane MOF

Studio Innovativo su Membrane ZIF-67

Un recente studio pubblicato su Nature Communications, guidato dal Professor Weishen Yang e dal Professor Associato Yuan Peng, ha presentato una membrana ZIF-67 resistente all’usura. Questa membrana è caratterizzata da una configurazione di intreccio tangenziale-normale, che consente una separazione precisa del propilene dal propano.

Struttura della Membrana Bioispirata

La membrana bioispirata presenta una struttura composta da due sezioni distinte:

  • Sezione Tangenziale (T): dedicata alla separazione accurata
  • Sezione Normale (N): funge da armatura resistente all’usura

Il precursore residuo nella sezione T inibisce i movimenti di flipping dei leganti delle finestre di setacciamento, contribuendo a eliminare i difetti intergranulari. I risultati hanno dimostrato un fattore di separazione superiore a 220, evidenziando un’eccellente capacità di separazione tra propilene e propano.

Stabilità e Resistenza della Membrana

Dopo 1,5 anni di stoccaggio in condizioni ambientali, il framework ZIF-67 ha mantenuto la sua stabilità, garantendo prestazioni stabili per quasi 1.000 ore. In un test di resistenza, la superficie della membrana ha dimostrato eccellenti prestazioni nella separazione del propilene, evidenziando una notevole resistenza all’usura.

Prospettive Future per le Membrane MOF

I ricercatori suggeriscono che questa architettura innovativa della membrana potrebbe essere “trapiantata” su substrati ceramici capillari ad alta curvatura. Questa scoperta offre una prospettiva promettente per la produzione a basso costo e su larga scala di membrane MOF resistenti all’usura, aprendo la strada a potenziali applicazioni industriali.

Conclusioni sulle Membrane MOF

Le membrane MOF sono considerate una soluzione ideale per affrontare le sfide di separazione. La membrana bioispirata sviluppata dal team di ricerca affronta questioni cruciali nel campo delle membrane MOF, dimostrando la loro versatilità in processi di separazione complessi e impegnativi.

Riferimento: Membrane a framework metal-organico con struttura a scaglie per una separazione efficiente di propilene/propono di Lun Shu, Yuan Peng, Chenyu Zhu, Kun Li e Weishen Yang, 30 novembre 2024, Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-024-54898-4