حل مشکل جداسازی گازها با فرآیندهای جذب غشایی

نتایج مطالعات تیم تحقیقاتی از دانشگاه اراک و دانشگاه‌های اسپانیا و آمریکا، نشان داد که فرآیندهای جذب و غشایی مبتنی بر F-MOFها، علی‌رغم چالش‌های بالقوه فراوان، قطعاً می‌توانند بسیاری از مشکلات کنونی، به‌ویژه در مصرف انرژی جهانی و جداسازی گازها را حل کنند.

به گزارش ایسنا، پیشرفت‌های قابل توجهی در فناوری جذب مبتنی بر MOFها با راندمان بالا و انرژی کم به عنوان جایگزین مناسب برای جداسازی گازهای حیاتی صورت گرفته است. این نوآوری‌ها زمانی آشکار می‌شوند که مواد متخلخل با مکانیسم‌های جداسازی هیبریدی (سینتیکی و ترمودینامیکی) طراحی شوند که عملکرد قابل‌توجهی در جداسازی گاز از خود نشان می‌دهند.

مهمتر از آن، مواد متخلخل این پیشرفت را مدیون پیشرفت‌های قابل توجه در کنترل اندازه منافذ و شیمی منافذ هستند. با این حال، از دیدگاه صنعتی، MOFها هنوز نیاز به ارزیابی بیشتری دارند.

با حرکت به سمت صنعتی شدن، الزامات بسیار مهمی برای گذار از روش‌های سنتی انرژی­‌بر مانند تقطیر برودتی به جداسازی مبتنی بر جاذب با انرژی کارآمد وجود دارد و این الزامات شامل هزینه‌های تولید بالا، پایداری (شیمیایی، حرارتی و مکانیکی)، اثرات نامطلوب زیست‌محیطی استفاده از حلال‌های آلی، ارتباط معکوس بین ظرفیت جذب و گزینش‌پذیری، قابلیت بازیافت MOF و شکل دادن به پودر آن‌ها می‌شود.

چارچوب‌های فلزی-آلی فلوئوردار (F-MOFs) به عنوان مواد متخلخل با رشد سریع، به دلیل منافذ قابل تنظیم، ویژگی‌های شیمیایی جذاب و پایداری عالی، حوزه جداسازی گاز را متحول کرده‌اند. درک عمیق ساختار-عملکرد برای سنتز و توسعه F-MOFهای جدید بسیار حیاتی است.

در مقاله مروری تیم تحقیقاتی از دانشگاه اراک با دانشگاه‌های اسپانیا و آمریکا بر چندین استراتژی برای طراحی دقیق و سنتز F-MOFهای جدید با ساختارهای تنظیم شده برای اهداف جداسازی گاز خاص تمرکز شده است. رشد سریع تعداد مطالعات در این زمینه، به ویژه پس از سال ۲۰۱۸، اهمیت این مواد متخلخل را در کاربردهای جداسازی گاز آشکار می‌کند.

نتایج تجزیه و تحلیل در این مقاله نشان داد که عملکرد جداسازیF-MOFها بر روی اکثر جداسازی صنعتی گازهای مهم متمرکز بوده است. بر اساس این نتایج مشخص شد که F-MOFها مواد معیار در اکثر جداسازی‌های چالش برانگیز گازها هستند. چشم‌انداز و جهت‌گیری‌های آینده علم و مهندسیF-MOFها و چالش‌های آنها برای مقابله با مسائل مربوط به غلبه بر مبادله بین ظرفیت/تراوایی و گزینش‌پذیری برای یک حرکت جدی به سمت صنعتی شدن برجسته شده است.

در مورد جداسازی غشایی گازها، اکثر غشاهای ساخته شده باF-MOFها یا به حد بالای تجاری رسیده‌اند یا از آن فراتر رفته‌اند. پیشرفت در جاذب‌های F-MOF می‌تواند چالش‌های اقتصادی عمده فرآیندهای جداسازی سنتی را نیز برطرف کند، به‌ویژه در مواردی که فشار گاز خوراک پایین این فرآیندها را غیراقتصادی می‌کند، این جاذب‌های پیشرفته با دستیابی به خلوص/ظرفیت بالا مشکل را حل می‌کنند.

به نقل از ستاد نانو، در نهایت، فرآیندهای جذب و غشایی مبتنی بر F-MOFها، علی‌رغم چالش‌های بالقوه فراوان، قطعاً می‌توانند بسیاری از مشکلات کنونی، به ویژه در مصرف انرژی جهانی و جداسازی گازها را حل کنند. علیرغم پیشرفت‌های قابل توجه در توسعهF-MOFها، همچنان با برخی از مشکلات اساسی که برای صنعتی‌ سازی MOFهای دیگر وجود دارد، مواجه هستند. با این حال،F-MOFها بر برخی از این مشکلات، مانند ظرفیت جذب گاز کم، پایداری ضعیف آب و انرژی زیاد برای احیا غلبه کرده‌اند.

ولی جامعه علمی و صنعت همچنان نیاز به همکاری مؤثر برای انتقال این مواد از آزمایشگاه به صنعت دارند.

نتایج این پژوهش که توسط دکتر آبتین عبادی و دکتر حمیدرضا سنایی‌پور از اعضای هیات‌علمی گروه مهندسی شیمی دانشگاه اراک با همکاری دانشمندانی از دانشگاه کوردوبا و دانشگاه پلی تکنیک والنسیا از کشور اسپانیا و دانشگاه تگزاس در سن آنتونیو کشور ایالات متحده آمریکا در سال ۲۰۲۲ میلادی به انجام رسیده است، در شماره اخیر مجله‌ بسیار معتبر Chemical Society Reviews با ضریب تاثیر ۶۰٫۶۱۵ که پرچمدار مجلات انتشارات Royal Society of Chemistry است، به چاپ رسیده است.