鑒于此，來(lái)自阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)的Suzana P. Nunes教授課題組報(bào)道了一種通用策略來(lái)制造具有10 nm超薄選擇性層的聚三唑膜，該選擇性層包含用于分離烴的亞納米通道 。該過(guò)程涉及使用經(jīng)典的非溶劑誘導(dǎo)相分離方法（NIPS）和熱交聯(lián) 。膜選擇性可以調(diào)整到典型納濾范圍的下限（200至1000 g/mol） 。聚三唑膜可以富集高達(dá)80%至95%的碳原子數(shù)小于10的烴（140g/mol） 。這些膜優(yōu)先分離石蠟而不是芳烴成分 ， 使其適合集成到混合蒸餾系統(tǒng)中進(jìn)行原油分餾 。相關(guān)研究成果以題為“Polytriazole membranes with ultrathin tunable selective layer for crude oil fractionation”發(fā)表在最新一期《Science》上 。
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【超薄聚三唑膜的制備與表征】
作者選擇了具有側(cè)羥基(OH)基團(tuán)的聚三唑（PTA-OH，圖1A）作為膜材料 。首先將其在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)或N,N'-二甲基甲酰胺（DMF）溶解 ， 然后溶液澆筑并進(jìn)入到水中，最后引發(fā)熱交聯(lián) 。在圖1B-D中 。通過(guò)使用傅里葉變換紅外(FTIR)光譜、高分辨率固態(tài)核磁共振(SS-NMR)、動(dòng)態(tài)核極化(DNP)與多核二維(2D)(1H,13C,17O,15N)光譜和電子順磁共振(EPR)光譜證明了PTA-OH熱交聯(lián)導(dǎo)致圖1A中描述的結(jié)構(gòu) 。
【膜分離，這所土豪大學(xué)一天連發(fā)2篇Science!】
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圖1.熱交聯(lián)膜的結(jié)構(gòu)與表征
通過(guò)使用這種技術(shù)，作者合成了具有大孔結(jié)構(gòu)的羥基官能化聚三唑(PTA-OH)膜（圖2A-C） 。隨后的熱處理使聚合物結(jié)構(gòu)交聯(lián)并同時(shí)在膜表面引起致密化 。層狀和不對(duì)稱結(jié)構(gòu)允許根據(jù)大小和形狀對(duì)復(fù)雜的有機(jī)液體混合物進(jìn)行快速和選擇性分類，而交聯(lián)結(jié)構(gòu)在各種有機(jī)溶劑下提供足夠的穩(wěn)定性 。該文提供的路線是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的過(guò)程，類似于醋酸纖維素膜，但可以做得更薄和更堅(jiān)韌（圖2D-F） 。
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圖2. 從DMF中16wt%PTA-OH溶液澆鑄的膜的形態(tài)學(xué)表征
【聚三唑薄膜的分離性能】
輕質(zhì)原油主要由汽油、煤油和柴油組成，占全球液體燃料消耗的60% 。作者在創(chuàng)建膜時(shí)，就專注于輕質(zhì)原油的分餾，在他們的概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，交聯(lián)聚三唑膜允許碳數(shù)低于C10的碳?xì)浠衔锏臐B透液富集率高達(dá)95%，與汽油相匹配 ?；诰廴蚰さ目烧{(diào)性，可以創(chuàng)建在不同溫度下交聯(lián)的級(jí)聯(lián)聚三唑膜，以實(shí)現(xiàn)煤油和柴油等其他組分的高選擇性富集 。
除此之外 ， 聚三唑膜在有機(jī)溶劑納濾 (OSN) 壓力范圍內(nèi)（<15 bar）進(jìn)行粗分餾，低于有機(jī)溶劑反滲透 (OSRO)（通常超過(guò) 30 bar） 。其他研究人員提出了“OSRO 權(quán)衡”曲線來(lái)比較用于有機(jī)溶劑分離的膜材料，該曲線顯示了膜滲透性和選擇性的上限 。雖然比較取決于進(jìn)料組成和上游壓力，但交聯(lián)聚三唑膜可以拒絕高達(dá) 60% 的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)記溶質(zhì)之一（1,3-二異丙基苯 ， 162.26 gmol-1） 。這種選擇性可與最先進(jìn)的 OSRO 膜相媲美 。此外聚三唑膜對(duì)甲醇、丙酮、四氫呋喃和甲苯的純?nèi)軇?0至30Lm?2h?1bar?1）具有與最先進(jìn)的 OSN 膜（如聚酰胺和聚芳酯膜）相似的滲透性 。這些數(shù)字表明聚三唑膜可能同時(shí)具有高溶劑通量和高選擇性 。通過(guò)結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)和分選復(fù)雜的碳?xì)浠衔锘旌衔铮@項(xiàng)研究解決了膜制造和膜分離的復(fù)雜性 。
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圖3.以稀釋的阿拉伯超輕質(zhì)原油為原料的聚三唑膜性能
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