Separe o petróleo bruto em produtos como gasolina, diesel e óleo de aquecimento é um processo de alta intensidade de energia que representa cerca de 6 % das emissões de CO2 no mundo. A maior parte dessa energia vai para o calor necessário para separar os componentes do seu ponto de ebulição.
Em um avanço que pode reduzir drasticamente a quantidade de energia necessária para a divisão de petróleo bruto, os engenheiros do MIT desenvolveram uma membrana que filtra os componentes do petróleo bruto devido às suas dimensões moleculares.
“Esta é uma maneira completamente nova de imaginar um processo de separação. Em vez de ferver as misturas para purificá -las, por que não separar os componentes com base na forma e tamanho? A inovação principal é que os filtros que desenvolvemos podem separar moléculas muito pequenas em uma escala de comprimento atomístico”, diz Zachary P. Smith, um professor associado de engenharia química do MIIT e da autora.
A nova membrana de filtração pode efetivamente separar os componentes pesados e leves do óleo e é resistente ao inchaço que tende a ocorrer com outros tipos de membranas de separação de petróleo. A membrana é um filme sutil que pode ser produzido usando uma técnica que já é amplamente usada em processos industriais, potencialmente permitindo reduzir para uso generalizado.
Taohoon Lee, um ex -MIT Postdoc que agora é professor assistente da Universidade Sungkyunkwan na Coréia do Sul, é o principal autor do jornal, que aparece hoje na ciência.
Fracionamento do óleo
Os processos convencionais baseados em calor para a divisão do petróleo bruto constituem cerca de 1 % do consumo global de energia e foi estimado que o uso de membranas para a separação do petróleo bruto poderia reduzir a quantidade necessária de energia de cerca de 90 %. Para que isso seja bem -sucedido, uma membrana de separação deve permitir que os hidrocarbonetos passem e filtem rapidamente seletivamente compostos de tamanhos diferentes.
Até agora, a maioria dos esforços para desenvolver uma membrana de filtração para hidrocarbonetos se concentrava em polímeros intrínsecos de microporosidade (PIMs), incluindo um conhecido como PIM-1. Embora esse material poroso permita o transporte rápido de hidrocarbonetos, ele tende a absorver excessivamente alguns dos compostos orgânicos enquanto passam pela membrana, trazendo o filme para inchar, o que compromete sua capacidade de ajudar o tamanho.
Para processar uma alternativa melhor, a equipe do MIT decidiu tentar modificar os polímeros usados para a dessalinização da água da osmose reversa. De sua adoção nos anos 70, as membranas de osmose reversa reduziram o consumo de energia de dessalinização de cerca de 90 %, uma história significativa de sucesso industrial.
A membrana mais usada para a dessalinização da água é uma poliamida produzida usando um método conhecido como polimerização da interface. Durante esse processo, um filme de polímero fino é formado na interface entre a água e um solvente orgânico, como o eSano. A água e o esano normalmente não se misturam, mas na interface entre eles, uma pequena quantidade de compostos dissolvidos neles pode reagir juntos.
Nesse caso, um monômero hidrofílico chamado MPD, que é dissolvido em água, reage com um monômero hidrofóbico chamado TMC, que é dissolvido no esano. Os dois monômeros estão unidos, juntamente com uma conexão conhecida como Bond Amuses, formando um filme fino de Poliameemida (chamado MPD-TMC) na interface da água.
Embora altamente eficaz para a dessalinização da água, o MPD-TMC não possui o tamanho dos poros certos e a resistência do inchaço que lhes permitiria separar os hidrocarbonetos.
Para adaptar o material para separar os hidrocarbonetos encontrados no petróleo bruto, os pesquisadores modificaram o filme primeiro alterando o vínculo que conecta os monômeros de um título divertido a um título imine. Esse link é mais rígido e hidrofóbico, que permite que os hidrocarbonetos se movam rapidamente através da membrana sem causar um inchaço notável do filme em comparação com a contraparte da poliamida.
“O material de poliimina tem uma porosidade que forma a interface e, devido à química da reticulação que acrescentamos, agora você tem algo que não incha”, diz Smith. “Você faz isso na fase oleosa, reaja -a à interface de água e às conexões cruzadas, agora é imobilizada. E assim, esses poros, mesmo quando são expostos a hidrocarbonetos, não mais incham como outros materiais”.
Os pesquisadores também introduziram um monômero chamado TriTycene. Essa molécula para a forma de movimentação de pessoas, molecularmente, ajuda seletivamente as poliiminas resultando em formar poros que são as dimensões certas para hidrocarbonetos.
Separação eficiente
Quando os pesquisadores usaram a nova membrana para filtrar uma mistura de tolueno e triisopropilbenzeno (TIPB) como um ponto de referência para a avaliação do desempenho da separação, foi capaz de obter uma concentração de tolueno 20 vezes maior que sua concentração na mistura original. Eles também testaram a membrana com uma mistura industrialmente relevante que consiste em NAFTA, querosene e diesel e descobriram que ela poderia efetivamente separar os compostos mais pesados e mais leves para suas dimensões moleculares.
Se adaptado para uso industrial, uma série desses filtros poderá ser usada para gerar uma maior concentração dos produtos desejados em cada fase, dizem os pesquisadores.
“Você pode imaginar que, com uma membrana como essa, você pode ter uma fase inicial que substitui uma coluna de fracionamento de petróleo esmagador. Você pode iniciar moléculas pesadas e leves e, portanto, pode usar diferentes membranas em uma cachoeira para purificar misturas complexas para isolar os produtos químicos necessários”, diz Smith.
A polimerização da interface já é amplamente usada para criar membranas para a dessalinização da água e os pesquisadores acreditam que deve ser possível adaptar esses processos para produzir os filmes projetados neste estudo em série.
“A principal vantagem da polimerização da interface é que ele já é um método bem consolidado para preparar membranas para a purificação da água, para que você possa imaginar adotar esses químicos em uma escala existente de linhas de produção”, diz Lee.
A pesquisa foi financiada, em parte, pela ExxonMobil por meio da iniciativa energética do MIT.
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