Notícia

Líquidos porosos permitem separação eficiente de gases

Fonte

Instituto de Tecnologia Karlsruhe

Data

sexta-feira, 14 agosto 2020 06:35

Áreas

Energia. Indústria. Nanotecnologia. Química.

Em conjunto com parceiros de outras instituições, um pesquisador do Instituto de Tecnologia Karlsruhe (KIT), na Alemanha, desenvolveu “líquidos porosos”: nanopartículas, que são capazes de separar moléculas de gases de tamanhos diferentes, flutuam em um solvente. Isso ocorre porque as partículas têm poros vazios, por cujas aberturas só podem penetrar moléculas de um determinado tamanho.

Esses líquidos porosos podem ser usados ​​diretamente ou processados ​​em membranas que separam o propeno de misturas gasosas de maneira eficiente. O propeno, por sua vez, é empregado como matéria-prima para o propileno, um material plástico amplamente utilizado. Isso poderia substituir o processo utilizado atualmente, que requer uso intensivo de energia. A equipe relatou suas descobertas na revista científica Nature Materials.

O propeno, também conhecido como propileno, é uma das matérias-primas mais importantes para a indústria química, onde são utilizadas anualmente cerca de 100 milhões de toneladas no mundo. O polipropileno, um verdadeiro “plástico em massa”, produzido a partir do propeno, é utilizado principalmente para embalagens, mas também em indústrias como a construção civil e automotiva.

O propeno é obtido principalmente pelo processamento de petróleo bruto ou gás natural. Nesse processo, ele é separado dos outros gases por destilação e depois purificado. “Na literatura técnica, presume-se que a separação de gases em petroquímica por membranas custaria apenas um quinto da energia necessária para a destilação. Tendo em vista as altas quantidades de propeno necessárias, isso significa que a liberação de grandes quantidades do gás de efeito estufa CO2 pode ser evitada”, disse o líder do Grupo de Pesquisa, Dr. Alexander Knebel, do Instituto de Interfaces Funcionais do KIT.

O projeto de pesquisa desperta o interesse da indústria petroquímica no que diz respeito ao uso de membranas para a separação do propeno. Os parceiros de cooperação do Dr. Knebel foram cientistas da Universidade Leibniz Hannover, da Universidade de Ciência e Tecnologia King Abdullah e do Deutsches Institut für Kautschuktechnologie.

Estrutura metal-orgânica distribuída em um líquido pela primeira vez

Os pesquisadores começaram seu trabalho com o material sólido ZIF-67 (estrutura zeolítica de imidazol), cujos átomos formam uma estrutura metal-orgânica com aberturas de poro de 0,34 nanômetro de largura. Ao fazer isso, eles modificaram sistematicamente a superfície das nanopartículas do ZIF-67. “Isso nos permitiu dispersar com precisão uma estrutura metal-orgânica em líquidos como ciclohexano, ciclooctano ou mesitileno”, disse o Dr. Knebel. Os cientistas chamaram a dispersão resultante de “líquido poroso”.

O propeno gasoso precisa de muito mais tempo para passar por uma coluna preenchida com o líquido poroso do que o metano, por exemplo. Isso ocorre porque o propeno é retido, por assim dizer, nos poros das nanopartículas, enquanto as moléculas menores de metano passam suavemente. “Queremos explorar essa propriedade da dispersão no futuro para produzir membranas de separação de líquidos”, afirmou o Dr. Knebel.

Além de sua eficiência de separação, a quantidade de mistura gasosa que pode ser passada em um determinado tempo é decisiva para o uso prático dessa membrana. Essa taxa de escoamento foi pelo menos três vezes maior com as novas membranas do que com os materiais anteriores. Com os valores de separação alcançados, o Dr. Knebel está convencido de que valeria a pena para a indústria petroquímica, pela primeira vez, usar membranas em vez dos processos convencionais de destilação para separação de gases.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa no Instituto de Tecnologia Karlsruhe (em inglês).

Fonte: Dr. Joachim Hoffmann, Instituto de Tecnologia Karlsruhe. Imagem: Divulgação, Instituto de Tecnologia Karlsruhe.