新的有前途的纳米凝胶连续分离化学品

乌得勒支大学的纳米材料科学家改进了纳米凝胶，使其现在可以将单个分子从一种液体传输到另一种液体。“通过扩大两种液体之间的表面积，我们可以增加化学物质的交换。这项技术可以使工业过程更加节能，并为制造更好的太阳能电池开辟了可能性。” 研究人员的论文最近由科学杂志Advanced Materials发表。

大面积

物理化学家 Martin Haase 和他的研究小组致力于制造所谓的 bijels 技术：两种不混合的液体(如油和水)的乳液，由超薄纳米粒子层隔开，稳定流体之间的表面。“在这种凝胶状材料中，两种驱虫液体交织在一起，”Haase 解释说。“在两者的界面，分子可以通过纳米层从一种液体移动到另一种液体。”

如果两种液体之间的界面具有较大的表面，则凝胶效果最佳。Haase：“我们自己的身体就是这种过程的一个很好的例子。想想我们的肺：它们吸入空气，空气中的氧气进入血液。它从空气通道输送到毛细血管。在 bijel 中，分子可以以类似的方式从一种流体交换到另一种流体。”

更温和的去除化学品的方法

在博士的帮助下。研究人员 Mohd Khan 和 Alessio Sprockel，Haase 现在改进了制造这种 bijels 的技术。Haase：“我在 2015 年发现了如何制造 bijels。但我们对它的控制有限，我们的结构也没有那么明确。现在我们可以完全控制合成。我们现在可以制造更小、更均匀的通道结构，让流体流动通过通道，并在此流程中不断分离化学品。”

乌得勒支大学范特霍夫物理和胶体化学实验室的科学家们使用酒精和纳米粒子，即直径只有 20 纳米的小玻璃球来制作双丸。Haase：“油和水不会混合。但是，如果你加入酒精，它们实际上会很好地混合。如果你随后从这种混合物中去除酒精，这两种液体会形成一种交织排列的液体通道。在这个过程中，纳米颗粒被油和水之间的界面吸收。一旦到达那里，它们就会稳定相互交织的油和水通道，形成bijel。

在 bijel 可用于工业分离之前，需要采取的一个重要步骤是收集分离的化学品。Haase：“就像血液流经肺中的毛细血管以获取氧气一样，水和油必须流过 bijel 以将提取的化学物质输送进出纳米凝胶。但由于 bijel 中的通道非常小，普通泵会需要非常用力地推动。这将消耗大量能量，而且会破坏脆弱的 bijel。我们发现液体可以通过称为电渗透的过程泵入 bijel，这是一种更温和的液体运输方式。

Haase 认为，本发明具有在涉及化学品分离的工业过程中节省能源的潜力。“对我来说，在这个科学领域工作的动机是让化学工业更具可持续性。我们日常生活中使用的许多产品，例如塑料、汽油或药品，都需要在生产过程中进行净化。这需要大量的能源，因为混合物必须被煮沸，这个过程通常被称为蒸馏。这种化学物质的分离消耗了我们全球能源使用量的 15%。因此，我们需要寻找能耗更低、二氧化碳排放量更少的替代品。在 bijel 中，可以在不煮沸的情况下分离化学品，因此可以节省大量能源。”

但bijel 内的高表面积也开启了其他应用潜力。Haase：“例如，Bijel 可以提供开发更高效的太阳能电池以及可以将海水转化为饮用水的分离膜的机会。现在我们可以让液体流过 bijel 的微观通道，使用这些新颖的产品有很多令人兴奋的机会纳米凝胶作为可持续技术材料成为可能。”

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