分子孔可以提高炼油和制药的效率

专门设计用于从液体中分离特定分子的薄晶圆膜可以提高炼油和制药的效率。过滤有机溶剂(可溶解其他物质的碳基液体，例如油和酒精)对必须始终生产最纯净产品的石油，化学和制药公司至关重要。

传统的萃取技术(例如蒸馏)会消耗大量能源，而新兴的绿色替代产品(例如膜)则面临其他挑战。例如，多孔材料必须经常承受高反应性溶剂，同时滤出特定大小和形状的目标分子。一些非常有效的膜可用于在海水淡化中从水中分离出盐，但在分离有机溶剂中较小的，非常相似的分子方面并不那么有效。

由KAUST研究人员领导的团队使用精心制作的分子构建基(称为trianglamines)创建了一种超薄多孔膜。化学和环境科学与工程学教授Suzana Nunes解释说：“您可以想象它像乐高玩具一样。在这里​​，您可以制成预制的空心三角形，然后将它们组装成平坦的薄膜。” 通过首先定义这些三角形分子的孔径和电荷，他们继续创建了可以分离不同大小和形状的分子的膜。

膜厚度对于过滤效率也至关重要。Nunes说：“为了加快过滤速度，薄膜需要尽可能地薄，以避免不必要地抵抗溶剂通过。” 为此，他们将两种主要成分(对苯二甲酰氯和预制的三角胺)分离成两种不混合的流体(分别为油和水)，迫使反应仅在流体相遇的界面处发生。发现这形成了一个只有几纳米的极薄层，”主要作者Tiefan Huang说，“比用这种方法制得的普通商业膜要薄得多。” 每个膜的厚度在3.5至10纳米之间，具体取决于反应持续的时间。

该小组在具有相似但截然不同的分子大小的有色染料上测试了他们的膜。他们的所有膜都滤掉了至少90%的彩色分子(每摩尔重超过450克)，远胜于他们测试的其他一些膜。Huang补充说：“在连续过滤48小时后，膜的性能并未降低。” 而且他们甚至抵御了更苛刻的物质，包括丙酮和甲醇。

Nunes解释说：“用于药物的分子纯化可能涉及许多步骤。” 她补充说：“像我们这样更具选择性和坚固性的膜可以简化工艺，使其更具成本效益。我们使用的机械已经广泛应用于膜行业，因此可以很容易地扩大生产规模。”

本研究中的膜专门针对每摩尔约400克的分子量身定制。Nunes说：“我们接下来将开发一系列的构建基块，以便我们可以制造用于选择许多不同形状和大小的分子的膜，并最终帮助使有机溶剂分离更具可持续性。”

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