每年能为美国工业节省二十亿美元 全新膜技术诞生

工程师们研究出一种新的化学品分离方法，该方法可以大幅度减少制造燃料或者人造聚合物所需的能源。这个工艺可以使分离阶段的能耗减半，并为美国每年节约20亿美元的能源费用，同时每年减少全球二氧化碳排放4500万吨

工程师们研究出一种新的化学品分离方法，该方法可以大幅度减少制造燃料或者人造聚合物所需的能源。

这个工艺可以使分离阶段的能耗减半，并为美国每年节约20亿美元的能源费用，同时每年减少全球二氧化碳排放4500万吨。

研究者们设计了一种分离膜，可以区分非常相似的分子，而且可以在能使现有膜分崩离析的极端环境下工作，这可是提供了一系列新应用的可能性。他们上周在《科学》杂志上发表了这一发现。

一位与埃克森美孚公司有合作的前沿研究者，同时也是作者之一的Benjamin McCool解释道，化学品分离是一个存在已久的工业问题，而且世界超过10%的能源需求都用在这类过程中，比如说海水淡化。

生产清洁水，燃料以及工业化学品所需能量的40~60%都用在了分离上。

在研究中，研究者关注于分离一类被称为二甲苯的有机化合物。

McCool说，“埃克森美孚从20世纪90年代就开始有这一分离过程了。”

二甲苯是聚酯纤维等材料的前体，也是重要的工业溶剂。但是，这类物质有着许多不同的结构，它们拥有相同的芳烃结构，但以不同的方式连接。这意味着它们有一些相同的特征，如质量和沸点，所以像精馏这样传统的分离技术并不能有效分离这些十分相似的分子，也需要消耗很多能源。

“我们说的是非常小的差异，”McCool说，“它们在十分之一纳米的尺度上才有区别。

研究者决定找出一种方法，它可以在室温下工作，可以减少能耗需求，而且是在现有的组成上发展，以减少成本。

这个被称为反渗透的过程，是许多海水淡化装置都在使用的技术。这些装置在溶液一端加压，使用的膜可以让水分子通过，而阻止盐通过。

但这些膜是由有机聚合物组成的，所以它们在有机溶剂中会溶剂或者溶胀。而且分离有机化合物比脱盐需要更高的压力。

“现在的除盐装置使用的膜对于分离二甲苯来说，化学稳定性并不好，”McCool说，“这种膜需要更强大。”

因此，研究者使用了一种合成碳膜来作为分子筛。

乔治亚理工大学(Georgia Institute of Technology)一位化学与生物分子工程学院的副教授，作者之一Ryan Lively说，“我们是从一种可以买到的聚合物开始制造这个膜的，因为我们希望可以直接商业化。”

接着该研究团队将这种聚合物快速旋转，使其变为中空纤维，利用化学交联结合在一起，然后聚合起来形成碳纤维膜。

“这个高温热解的过程影响了孔隙壁之间的距离，”Lively说道。这可以改变反渗透膜，使其应用在不同的地方。

当这个膜规模化后，利用膜技术分离有机化合物可以在制造燃料或者塑料时大幅降低碳足迹。“我们希望可以减少10~20%的能源消耗。”Lively说。

然而现在，研究仍在实验阶段，研究者希望进行放大实验，并在不同的应用下测试他们的膜。

“我们正在考虑水产业和制药产业的一些难题，”Lively说，“我们认为膜技术有很大的机会。”