Separación por ósmosis inversa de moléculas líquidas orgánicas utilizando membrana de tamiz molecular de carbono
La separación y la purificación son muy importantes en la producción y la vida. Alrededor del 40-60% de la energía en el proceso de producción se utiliza para la separación y purificación; la separación de sustancias con propiedades físicas similares también es muy difícil, como la separación entre isómeros. Los métodos de separación basados en membranas, si se puede mejorar la eficiencia de separación, pueden reducir en gran medida el consumo de energía. Por ejemplo, las membranas de nanofiltración de solución orgánica se utilizan para la purificación de productos de alto valor, pero no pueden separar eficazmente moléculas de tamaño molecular similar debido a una especificidad molecular insuficiente. Para obtener un mejor método de separación y purificación, reducir efectivamente el consumo de energía y mejorar la eficiencia de separación, los investigadores aún deben continuar la investigación. Introducción a los resultados El 19 de agosto, Ryan P. Lively, de la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular, Instituto de Tecnología de Georgia, EE.UU., informó de una membrana de fibra hueca de tamiz molecular de carbono asimétrico (CMS) en Nature como una potencial tecnología de ósmosis inversa con disolvente orgánico (OSRO). Material. La tecnología de ósmosis inversa con disolvente orgánico que utiliza tamiz molecular de carbono no solo no necesita cambiar la fase de la materia orgánica, sino que también reduce la pérdida de energía en el proceso de separación, sino que también separa eficazmente la materia orgánica con tamaños moleculares similares. Los autores utilizaron los cambios en la permeabilidad del para-xileno y el orto-xileno en las películas de CMS para reflejar el rendimiento de permeación de CMS. Utilizando la membrana de tamiz molecular de carbono, se puede lograr la separación por ósmosis inversa de moléculas líquidas orgánicas, y la separación se puede completar de manera eficiente sin cambiar la morfología de la fase y reducir el consumo de energía. Perspectiva El uso de la tecnología de separación de diálisis bajo la baja temperatura y alta presión de la membrana de separación puede reducir en gran medida el consumo de energía, pero la eficiencia de separación y la selectividad de separación siguen siendo grandes desafíos, y los esfuerzos continuos de la mayoría de los investigadores aún son necesarios.
Tamices moleculares de carbono de celulosa para la separación de hidrógeno
tamices moleculares de carbono La producción de hidrógeno (H2) a partir de gas natural se considera una de las tecnologías más potenciales para la energía baja en carbono en el futuro y la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. En comparación con las tecnologías convencionales de purificación de H, las tecnologías de separación basadas en membranas han recibido una amplia atención debido a su mayor eficiencia energética y respeto al medio ambiente. Sin embargo, las membranas de separación de H2 y CO2 de uso común en la actualidad generalmente sufren de bajo rendimiento de separación, alto costo y baja estabilidad a alta temperatura y alta presión. Por lo tanto, sigue siendo un desafío preparar membranas de purificación de H2 comercialmente viables. Las membranas de tamiz molecular de carbono (CMS) se fabrican mediante la carbonización controlada de precursores de polímeros a altas temperaturas y tienen estructuras de poros rígidos. Cuando la membrana CMS se convierte en una fibra hueca adecuada para un módulo de membrana, se espera que tenga las propiedades de alta temperatura y resistencia a alta presión. La celulosa tiene fuertes enlaces de hidrógeno entre cadenas e intracadenas, lo que la hace poco soluble en la mayoría de los solventes, con solo unos pocos solventes como N-metilmorfolina-N-óxido (NMMO), líquidos iónicos y sales inorgánicas que pueden interrumpir efectivamente su red de enlaces de hidrógeno. Sin embargo, obtener un diagrama preciso de fase ternaria celulosa / solvente / no solvente sigue siendo un desafío debido a la enorme viscosidad de este sistema. Basándose en esto, Xuezhong He et al. de la Universidad Noruega de Tecnología prepararon membranas de fibra hueca de carbono (CHFM) ajustando la temperatura de solidificación y la temperatura de carbonización final del sistema de celulosa / líquido iónico / agua y las utilizaron para la separación de H2. Los investigadores prepararon precursores asimétricos de fibra hueca de celulosa a través de un proceso de hilado seco y húmedo, y luego los intercambiaron con agua para eliminar el disolvente original EmimAc y DMSO, y finalmente obtuvieron la estructura microporosa correspondiente a través de la carbonización a alta temperatura. A partir de las imágenes SEM, se puede encontrar que las estructuras asimétricas de la capa selectiva externa y la capa de soporte interior porosa de aproximadamente 3 μm todavía se mantienen cuando se utilizan diferentes temperaturas de carbonización. CHFM-550 a la temperatura de carbonización más baja tiene la dureza más baja y el módulo de Young. Con el aumento de la temperatura de carbonización, la dureza y el módulo de Young aumentan gradualmente. El aumento de la dureza y el módulo se puede atribuir a los cambios estructurales internos causados por el aumento de la temperatura de carbonización. Al mismo tiempo, con el aumento de la temperatura de carbonización, los picos de poro >5 Å se debilitan, mientras que los picos de poro 800 y la selectividad de H2 / CH4 es de >5700, lo que brinda la posibilidad de purificación de H2 en algunos procesos. En resumen, este trabajo produjo un material asimétrico de fibra hueca de celulosa mediante el hilado de celulosa microcristalina y EmimAc. Las fibras huecas de celulosa obtenidas se carbonizan a alta temperatura para obtener membranas de fibra hueca asimétrica cuya estructura microporosa les ayuda a separar el H2 de otros gases.
Tamices moleculares 4A, el papel de los tamices moleculares 13x
Tamices moleculares Tamices moleculares 3A Tamices moleculares 4A Tamices moleculares 5A Tamices moleculares 13X Tamices moleculares de carbono Los tamices moleculares 3A se utilizan principalmente en: Desecante para las industrias química, petrolera, farmacéutica, aislante y otras. Se utiliza para la deshidratación industrial de materiales de hidrocarburos insaturados, como gas craqueado, butadieno, propileno, acetileno, etc. También se puede utilizar para el secado de gas, líquido polar y gas natural. Debido al pequeño tamaño de poro de los tamices moleculares 3A, la coadsorción de otras moléculas se puede controlar eficazmente durante el proceso de adsorción. Los tamices moleculares 4A se utilizan principalmente en: Deshidratación estática en sistemas cerrados de gas o líquido. Como desecante estático en sistemas de refrigeración domésticos, envases farmacéuticos, acondicionadores de aire para automóviles, componentes electrónicos, productos químicos perecederos o como agente deshidratante en sistemas de recubrimiento de plástico. También se puede utilizar para el secado de materiales de hidrocarburos saturados en la industria, y puede adsorber metanol, etanol, sulfuro de hidrógeno, dióxido de carbono, etc. Disponible en sistemas R-12 y R-22. También se puede utilizar para la separación y purificación de componentes gaseosos y líquidos, como la purificación de argón, la preparación de reactivos etanol anhidro, etc. Los tamices moleculares 4A moleculares que pueden ser adsorbidos por tamices moleculares 3A pueden ser adsorbidos. Los tamices moleculares 5A se utilizan principalmente en: Separación de n-isoparafina, separación de oxígeno y nitrógeno, secado y refinación de productos químicos, petróleo y gas natural, gas de descomposición de amoníaco y otros gases y líquidos industriales. Los tamices moleculares 13X se utilizan principalmente en: El tamaño del poro del tamiz molecular 13X es 10A, y la adsorción de cualquier molécula es inferior a 10A. Se puede utilizar para co-portador de catalizador, co-adsorción de agua y dióxido de carbono, co-adsorción de agua y gas sulfuro de hidrógeno. Se utiliza principalmente en el secado de medicamentos y sistemas de compresión de aire. Variedad profesional. Los tamices moleculares de carbono se utilizan principalmente en: El tamiz molecular de carbono es el adsorbente en el generador de nitrógeno PSA. Adopta el principio de adsorción por oscilación de presión (PSA) para separar el nitrógeno del aire.
¿Cuánto tiempo tardan los tamices moleculares 4a en tratar el acetonitrilo?
Si el tamiz molecular 4a activado se vuelve turbio en el proceso de deshidratación de acetonitrilo, primero se puede lavar con agua, luego se coloca en el horno de mufla para su activación y luego se usa, de modo que no se trate la turbidez. Método de eliminación de agua para acetonitrilo tratado por tamiz molecular tipo 4a 1. Agregue pentóxido de fósforo y reflujo hasta que el pentóxido de fósforo no se vuelva amarillo, y cocine al vapor bajo protección de nitrógeno; 2. Agregue hidruro de calcio y reflujo durante seis a ocho horas, y vaporee bajo protección de nitrógeno; 3. Tamiz molecular para eliminar el agua, seque el tamiz molecular 4A a unos 300 ° durante 6-8 horas, enfríelo a temperatura ambiente bajo protección de nitrógeno, agréguelo al acetonitrilo bajo protección de nitrógeno o déjelo reposar durante más de 12 horas en un ambiente seco. 4. Agregue gel de sílice o tamiz molecular 4A para eliminar el agua en acetonitrilo, luego agregue hidruro de calcio y revuelva hasta que el hidrógeno ya no se libere, de modo que se pueda eliminar el ácido acético, dejando solo una pequeña cantidad de agua. Luego destila a una alta proporción de reflujo, teniendo cuidado de evitar que entre humedad. Por esta razón, reflujo en hidruro de calcio, o agregue pentóxido de fósforo al 0.5% -1% al matraz de destilación para eliminar la mayor parte del agua restante. El pentóxido de fósforo debe evitarse en exceso, ya que formará un polímero de naranja. 5. (1) Eliminación preliminar de agua Coloque el acetonitrilo en el recipiente, colóquelo en el tamiz molecular 4A (tamiz molecular seco) y colóquelo en un recipiente sellado durante 12 horas. (2) Rectificación. La solución después de la eliminación preliminar de agua se vierte en un matraz de fondo redondo, se agrega una cantidad adecuada de pentóxido de fósforo y se utiliza un rotor de agitación magnética. Destila hasta que el pentóxido de fósforo ya no se oscurezca en color (generalmente de 5 a 6 horas). Se liberó la solución en el dispensador (se usó para lavar la botella que contenía la solución y se secó con un secador de pelo). Después de eso, la botella que contenía la solución se selló y se conectó al extremo inferior del dispensador, y se continuó calentando para destilar la solución restante, dejando aproximadamente 100 ml de vapor fuera. NOTA: La solución debe permanecer hirviendo durante todo el proceso. (3) Conservación: Agregue la solución rectificada al tamiz molecular seco y guárdela en un lugar sellado lejos de la luz. 6. El acetonitrilo es infinitamente miscible con agua y alcohol, y puede formar un azeótropo binario con agua. Su composición y azeótropo son los siguientes: azeótropo: 77 grados Celsius (101.33kpa), contenido de acetonitrilo 77% (W) deshidratación de acetonitrilo, debido a que el acetonitrilo y el agua es infinitamente miscible, y el acetonitrilo es difícil de deshidratar. El acetonitrilo y el agua pueden formar un azeótropo, pero el agua no se puede separar. Para una mayor purificación, se puede secar con cloruro de calcio anhidro, filtrar y agregar con 0.5-1% cinco óxido de fósforo (P2O5) se refluye y luego se destila a presión normal. Repita esta operación hasta que el pentóxido de fósforo (P2O5) ya no esté coloreado, y luego agregue carbonato de potasio anhidro recién derretido (K2CO3) para la destilación para eliminar una pequeña cantidad de pentóxido de fósforo (P2O5). 7. Agregue pentóxido de fósforo (5-10 g / V) al acetonitrilo, reflujo durante 2-3 días y luego cocine al vapor, lo que puede eliminar la mayor parte del agua. Tenga en cuenta que se debe agregar un tubo de secado de cloruro de calcio al tubo del condensador durante el reflujo. Se debe evitar la adición excesiva de pentóxido de fósforo ya que se pueden formar polímeros de naranja. Se agrega una pequeña cantidad de carbonato de potasio al acetonitrilo destilado para la redestilación, que puede eliminar la traza de pentóxido de fósforo y, finalmente, usar una columna de fraccionamiento para el fraccionamiento. Es muy problemático, pero es más puro sacarlo. 8. Reflujo con KMnO4 y K2CO3 durante 8 horas, luego vapor en un matraz de fondo redondo con P2O5. Reflujo durante 5 horas adicionales, luego se evaporó.
¿Cuál es la densidad aparente del tamiz molecular 4A?
Como desecante de adsorción, el tamiz molecular 4A se utiliza con mayor frecuencia. ¿Cuál es la densidad aparente de los tamices moleculares 4A? Esferoides y barras de tamiz molecular 4A. 4a Las tiras de tamiz molecular tienen un diámetro de 1.5-1.7mm, una densidad aparente de ≥0.66g/ml, un diámetro de 3.0-3.3mm y una densidad aparente de ≥0.66g/ml; 4a Diámetro esférico del tamiz molecular 1.7-2.5mm, densidad aparente ≥0.7g/ml, diámetro 3.0-3.3mm, densidad aparente ≥0.7g/ml; Los parámetros también incluyen la calificación del tamaño de partícula, la tasa de desgaste, la resistencia a la compresión, la tasa de adsorción estática del agua, la tasa de adsorción de formaldehído, el contenido de agua de embalaje, etc. El tamiz molecular 4a puede adsorber agua, metanol, etanol, sulfuro de hidrógeno, dióxido de azufre, dióxido de carbono, etileno, propileno, etc., y no adsorbe ninguna molécula con un diámetro mayor que 4A (incluido el propano), y su rendimiento de adsorción para el agua es mejor que cualquier otro tamiz molecular. Es una variedad industrial de tamiz molecular con una dosis mayor. 110 ° C está bien para la evaporación del agua en la atmósfera, pero el agua en el tamiz molecular no se puede descargar. Por lo tanto, en el laboratorio, se puede activar y deshidratar secando en un horno de mufla. La temperatura es de 350°C. Secar a presión normal durante 8 horas (si hay una bomba de vacío, se puede secar a 150 °C con extracción de aire). El tamiz molecular activado se enfría a unos 200 ° C en el aire (aproximadamente 2 minutos), es decir, debe almacenarse en un lugar seco de inmediato. Si es posible, use nitrógeno seco para proteger el dispositivo después de su uso para evitar que los contaminantes vuelvan a aparecer en el aire. El tamiz molecular 4a activado debe enfriarse a unos 200 ° C (aproximadamente 2 minutos) en el aire, es decir, debe almacenarse de inmediato. . Influencia de la relación Si/Al del tamiz molecular Por debajo de 100 es una baja relación de silicio a aluminio, 100-200 es una relación media de silicio a aluminio. Más de 200 es alto contenido de silicio. Cuanto mayor sea la proporción de silicio a aluminio, mejor será la estabilidad térmica y la conductividad térmica, y más débil será la acidez. El tamiz molecular que contiene aluminio tiene acidez superficial. La razón de su acidez es que Al es trivalente, mientras que Si es tetravalente. Sí, hay un par de cargas en el aluminio de tres coordinados, que es la fuente del ácido L del tamiz molecular. Si con el fin de equilibrar las cargas, un grupo hidroxilo se une al aluminio, que se convierte en la fuente del ácido B. La relación sílice-alúmina de los tamices moleculares puede afectar fuertemente sus propiedades ácidas, es decir, el contenido de ácido y la resistencia ácida. Si se aumenta la proporción de silicio a aluminio, habrá más silicio, se reducirá la cantidad de ácido y se aumentará la resistencia del ácido al mismo tiempo. Los tamices moleculares utilizan sales de sodio en el proceso de síntesis, por lo que los tamices moleculares formados son de tipo Na primero, y el tipo H se puede obtener después del intercambio iónico NH4 + y el tostado. Los tamices moleculares de tipo H tienen una gran cantidad de ácido B. Por lo tanto, la relación Si/Al tiene una influencia decisiva en la reacción catalizada por ácido.
¿Qué tamiz molecular de 3A y 4A tiene el tamaño de poro más pequeño?
Al comprar tamices moleculares, no dice específicamente qué tamiz molecular es mejor, solo qué tamiz molecular es más adecuado. La función principal del tamiz molecular es tamizar una molécula de sustancia a través del tamaño de poro de la propia estructura cristalina del tamiz molecular. Cuando se cumplen los requisitos técnicos de eliminación de agua, ¿es mejor utilizar tamiz molecular 3A o tamiz molecular 4A? En primer lugar, este problema todavía debe distinguirse específicamente de la sustancia que se va a deshidratar. Primero, se debe eliminar el tamaño del diámetro molecular de la humedad (seca). Si el diámetro molecular dinámico de la sustancia a deshidratar (seca) es mayor de 3nm y menor de 4nm, entonces, si queremos deshacernos del agua de esta sustancia, solo podemos usar tamiz molecular 3A, porque si usamos tamiz molecular 4A, no solo absorberá el agua en la sustancia, pero también absorber la sustancia que necesita ser deshidratada. Este es el primer caso, y hay otro La situación es que si el diámetro dinámico del material que necesita ser deshidratado (secado) es mayor que 4A, entonces generalmente se usan tamices moleculares 4A, porque los tamices moleculares 4A tienen una capacidad más fuerte para absorber la humedad que 3A. Si tanto el tamiz molecular 3A como el tamiz molecular 4A se pueden usar para eliminar el agua, ¿qué tamiz molecular debemos usar? En este caso, generalmente usamos tamiz molecular 4A, porque la absorción de agua del tamiz molecular 4A es más del 22%, y la capacidad de absorción de agua de 3A es más del 21%. En términos generales, la capacidad de absorción de agua del tamiz molecular 4A es más fuerte que la del tamiz molecular 3A. Es decir, el precio del tamiz molecular 4A es más barato que el del tamiz molecular 3A.