Umkehrosmose-Trennung organischer flüssiger Moleküle mit einer Kohlenstoff-Molekular-Siebmembran
Trennung und Reinigung sind in Produktion und Leben sehr wichtig. Etwa 40–60 % der Energie im Produktionsprozess werden für Trennung und Reinigung verwendet; Die Trennung von Substanzen mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften ist ebenfalls sehr schwierig, wie etwa die Trennung zwischen Isomeren. Membranbasierte Trennmethoden können, wenn die Trenneffizienz verbessert werden kann, den Energieverbrauch erheblich senken. Beispielsweise werden organische Nanofiltrationsmembranen zur Reinigung von hochwertigen Produkten verwendet, können jedoch Moleküle ähnlicher Molekülgröße aufgrund unzureichender molekularer Spezifität nicht effektiv trennen. Um eine bessere Trenn- und Reinigungsmethode zu erreichen, den Energieverbrauch effektiv zu senken und die Trenneffizienz zu verbessern, müssen Forscher weiterhin weiter forschen. Ergebniseinführung Am 19. August berichtete Ryan P. Lively von der School of Chemical and Biomolecular Engineering am Georgia Institute of Technology, USA, über eine asymmetrische Kohlenstoffmolekular-Sieb (CMS) Hohlfasermembran in Nature als potenzielle organische Lösungsmittel-Umkehrosmose-Technologie (OSRO). Material. Die organische Lösungsmittel-Reverseosmose-Technologie mit Kohlenstoffmolekülsieb muss nicht nur die Phase der organischen Substanz nicht ändern, reduziert den Energieverlust im Trennprozess, sondern trennt auch die organische Substanz mit ähnlicher Molekülgröße effektiv. Die Autoren nutzten die Veränderungen in der Permeabilität von Paraxylen und Orthoxylen in CMS-Filmen, um die Permeationsleistung von CMS widerzuspiegeln. Mit einer Kohlenstoffmolekular-Siebmembran kann die Umkehrosmose-Trennung organischer Flüssigmoleküle erreicht werden, und die Trennung kann effizient durchgeführt werden, ohne die Phasenmorphologie zu verändern und den Energieverbrauch zu reduzieren. Ausblick Der Einsatz der Dialyse-Trenntechnologie unter niedriger Temperatur und hohem Druck der Trennmembran kann den Energieverbrauch erheblich senken, aber die Trenneffizienz und Trennselektivität sind weiterhin große Herausforderungen, und die kontinuierliche Arbeit der Mehrheit der Forscher ist weiterhin erforderlich.
Aktivierte Aluminiumoxid als Katalysator und Träger für chemische Reaktionen
Aktiviertes Alumina hat eine große spezifische Oberfläche, eine Vielzahl von Porenstrukturen und Porengrößenverteilungen sowie reichhaltige Oberflächeneigenschaften. Daher hat es ein breites Anwendungsspektrum in Adsorbenten, Katalysatoren und Katalysatorträgern. Aluminiumoxid als Adsorpmiddel und Katalysatorträger ist eine feine Chemikalie und auch eine spezielle Chemikalie. Verschiedene Verwendungen haben unterschiedliche Anforderungen an die physikalische Struktur, was für seine starke Spezifität und viele Sorten und Qualitäten verantwortlich ist. Statistiken zufolge ist die Menge an als Katalysatoren und Träger verwendeten Aluminiumoxid größer als die Gesamtmenge der Katalysatoren mit molekularem Sieb, Silikagel, Aktivkohle, Kieselgur und Siliziumaluminiumoxidgel. Dies zeigt die zentrale Position von Alumina in Katalysatoren und Trägern. Darunter sind η-Al2O3 und γ-Al2O3 die wichtigsten Katalysatoren und Unterstützungen. Beides sind Spinelstrukturen mit Defekten. Der Unterschied zwischen den beiden ist: Die tetraedrische Kristallstruktur ist anders (γ>η), und der sechseckige Schichtstapel Die Reihenregularität ist unterschiedlich (γ>η) und der Al–O-Bindungsabstand ist unterschiedlich (η>γ beträgt die Differenz 0,05~0,1 nm).
Kohlenstoff-Molekularsiebe sind eine neue Art von unpolarem Adsorptors
Die Fähigkeit des molekularen Siebs, Luft zu trennen, hängt von der Diffusionsgeschwindigkeit verschiedener Gase in der Luft in den Poren von Kohlenstoffmolekularen Sieben, der Adsorptionskraft oder beidem ab. Die Produktion von Kohlenstoff-Molekular-Sieben PSA basiert auf dieser Leistung. Kohlenstoffmolekulare Siebe werden zur Stickstoffproduktion verwendet. Die N2-Konzentration und das Gasproduktionsvolumen können je nach Bedarf des Nutzers angepasst werden. Wenn die Gasproduktionszeit und der Betriebsdruck bestimmt sind, wird das Gasproduktionsvolumen verringert und die N2-Konzentration steigt, andernfalls nimmt die N2-Konzentration ab. Die Nutzer können sich nach den tatsächlichen Bedürfnissen anpassen.
Einfluss des molekularen Siebs im PSA-Stickstoffgenerator
Die Produktion des Kohlenstoff-Molekularsiebs PSA-Stickstoffgenerators basiert auf Van-der-Waals-Kraft, um Sauerstoff und Stickstoff zu trennen. Daher gilt: Je größer die spezifische Oberfläche des Molekülsiebs, desto gleichmäßiger ist die Porengrößenverteilung, und je größer die Anzahl der Mikroporen oder Submikroporen, desto größer ist die Adsorptionskapazität; Wenn die Porengröße so klein wie möglich sein kann, überlappt sich das Van-der-Waals-Kraftfeld und hat einen besseren Trenneffekt auf Substanzen mit niedriger Konzentration. Das molekulare Kohlenstoffsieb ist eine nicht-quantitative Verbindung, und seine wichtigen Eigenschaften basieren auf seiner mikroporösen Struktur. Seine Fähigkeit, Luft zu trennen, hängt von den unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeiten verschiedener Gase in der Luft in den Poren des molekularen Kohlenstoffsiebs ab, oder von unterschiedlichen Adsorptionskräften, oder beide Effekte wirken gleichzeitig. Unter Gleichgewichtsbedingungen ist die Adsorptionskapazität des Kohlenstoffmolekularsiebs für Sauerstoff und Stickstoff recht ähnlich, aber die Diffusionsrate der Sauerstoffmoleküle durch die engen Lücken des mikroporösen Systems des Kohlenstoffmoleküls ist deutlich schneller als die der Stickstoffmoleküle. Die Produktion der Stickstofftrennung in der Kohlenstoff-Molekülsieb basiert auf dieser Leistung; bevor die Gleichgewichtsbedingungen erreicht sind, wird der Stickstoff durch das PSA-Verfahren von der Luft getrennt.
Was ist ein molekulares Sieb mit Kohlenstoff?
Das Molekular-Sieb mit Kohlenstoff ist eine neue Art von Adsorben, die in den 1970er Jahren entwickelt wurde. Es handelt sich um ein ausgezeichnetes, unpolares, kohlenstoffbasiertes Cellulosematerial. Kohlenstoffmolekulare Siebe (CMS) werden zur Trennung und Anreicherung von Luft verwendet. Stickstoff verwendet ein Normaltemperatur- und Niederdruck-Stickstoffproduktionsverfahren, das die Vorteile geringerer Investitionskosten, einer schnelleren Stickstoffproduktion und geringerer Stickstoffkosten als das traditionelle kryogene Hochdruck-Stickstoffproduktionsverfahren bietet. Daher ist es derzeit das bevorzugte stickstoffreiche Adsorptium (PSA) für die Lufttrennung in der Ingenieurindustrie. Dieser Stickstoff wird in der chemischen Industrie, der Öl- und Gasindustrie, der Elektronikindustrie, der Lebensmittelindustrie, der Kohleindustrie, der Pharmaindustrie, der Kabelindustrie und der Metallindustrie verwendet. Er wird weit verbreitet in der Wärmebehandlung, dem Transport und der Speicherung eingesetzt. F&E-Hintergrund In den 1950er Jahren, mit dem Ausbruch der industriellen Revolution, wurde die Anwendung von Kohlenstoffmaterialien immer umfangreicher. Dazu gehörte das Anwendungsgebiet der Aktivkohle das PSA-Molekular-Sieb für die Stickstoffproduktion. Die Ausdehnung erfolgt am schnellsten, von der anfänglichen Filtration der Verunreinigungen bis zur Trennung verschiedener Komponenten. Gleichzeitig ist mit dem technologischen Fortschritt die Fähigkeit der Menschheit, Materialien zu verarbeiten, immer stärker geworden. In diesem Fall sind Kohlenstoffmolekularsiebe entstanden. Hauptbestandteile des molekularen Kohlenstoffsiebs Der Hauptbestandteil des molekularen Kohlenstoffssiebs ist elementarer Kohlenstoff, dessen Aussehen ein schwarzer säulenförmiger Feststoff ist. Da sie eine große Anzahl von Mikroporen mit einem Durchmesser von 4 Ångström enthält, haben die Mikroporen eine starke sofortige Affinität zu Sauerstoffmolekülen und können zur Trennung von Sauerstoff und Stickstoff in der Luft verwendet werden. Das Druck-Swing-Adsorptionsgerät (PSA) wird in der Industrie zur Stickstoffproduktion eingesetzt. Ein molekulares Kohlenstoffsieb hat eine hohe Stickstoffproduktionskapazität, eine hohe Stickstoffrückgewinnungsrate und eine lange Lebensdauer. Er eignet sich für verschiedene Arten von PSA-Stickstoffgeneratoren und ist die erste Wahl für PSA-Stickstoffgeneratoren. Die Produktion von Stickstoffdioxid mit molekularem Sieb wurde weit verbreitet in petrochemischen, Metallwärmebehandlungen, Elektronikherstellung, Lebensmittelkonservierung und anderen Industrien eingesetzt. Arbeitsprinzip Das molekulare Sieb von Kohlenstoff nutzt die Eigenschaften des Siebens, um den Zweck der Trennung von Sauerstoff und Stickstoff zu erreichen. Wenn das molekulare Sieb Verunreinigungsgas adsorbiert, übernehmen die Makroporen und Mesopore lediglich die Rolle der Kanäle, indem sie die adsorbierten Moleküle zu den Mikroporen und Submikroporen transportieren, und die Mikroporen und Submikroporen sind das eigentliche Adsorptionsvolumen. Wie in der vorherigen Abbildung gezeigt, enthält das molekulare Sieb des Kohlenstoffs eine große Anzahl von Mikroporen. Diese Mikroporen ermöglichen es Molekülen mit geringer dynamischer Größe, schnell in die Poren einzudiffundieren, während sie das Eindringen von Molekülen mit großem Durchmesser einschränken. Aufgrund des Unterschieds in der relativen Diffusionsrate von Gasmolekülen unterschiedlicher Größe können die Komponenten des Gasgemisches effektiv getrennt werden. Daher sollte bei der Herstellung von Kohlenstoffmolekularsieben je nach Molekülgröße die Verteilung der Mikroporen im Kohlenstoffmolekularsieb 0,28 bis 0,38 nm betragen. Im Größenbereich der Mikroporen kann Sauerstoff schnell durch die Poren der Mikroporen in die Poren diffundieren, aber es ist schwierig, dass Stickstoff durch die Poren der Mikroporen gelangt, wodurch eine Trennung von Sauerstoff und Stickstoff erreicht wird. Die Porengröße des molekularen Kohlenstoffsiebs bildet die Grundlage für die Trennung von Sauerstoff und Stickstoff. Wenn die Porengröße zu groß ist, können Sauerstoff- und Stickstoffsiebe leicht in die Poren eindringen und sich nicht trennen; und wenn die Porengröße zu klein ist, können weder Sauerstoff noch Stickstoff eintreten. In den Mikroporen gibt es keinen Trennungseffekt.
Der Unterschied zwischen 3a-, 4a- und 5a-Molekülsiebungen
Der Unterschied zwischen 3a-, 4a- und 5a-Molekülsiebungen liegt hauptsächlich an unterschiedlichen Verwendungszwecken, wie dem Unterschied in der Volumendichte und Druckfestigkeit. Viele Menschen, die es nicht verstehen, denken, dass der Unterschied zwischen diesen verschiedenen molekularen Sieben im Durchmesser liegt. Tatsächlich ist das falsch. Vergleichen wir die Unterschiede und Ähnlichkeiten dieser drei Molekülsieb. 3A Molekülsieb Die Volumendichte beträgt 680 kg/m³ und die Druckfestigkeit (N)≧80/P. Wird hauptsächlich zur Trocknung von Erdölcrackergas, Olefin, Gastrainingsfeldern, Ölfeldausrüstung und industriellen Trocknern für die chemische Industrie, Medizin, Hohlspiritus usw. verwendet. 4A-Molekülsieb Die Volumendichte beträgt 680 kg/m³ und die Druckfestigkeit (N)≧80/P. Wird hauptsächlich für das Trocknen von Erdgas und verschiedenen chemischen Gasen und Flüssigkeiten, Kältemitteln, Arzneimitteln, elektronischen Materialien und abnormalen Substanzen verwendet. 5A Molekülsieb Die Bulkdichte beträgt 680 kg/m³, die Druckfestigkeit (N)≧80/P. Wird hauptsächlich für Erdgastrocknung, Entschwefelung, Kohlendioxidentfernung, Stickstoff- und Wasserstofftrennung, Erzeugung von Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff, Erdölentwachung usw. verwendet. Das Molekulare Sieb hat 3A/4A/5A/10X/13X und andere Modelle, wobei jedes Modell Durchmesser von 0,4-0,8 mm, 1-2 mm, 1,6-2,5 mm, 2-4 mm, 3-5 mm und 4-6 mm hat. Molekulare Siebung.