摘要：工程师开发了一种膜，该膜通过其分子尺寸过滤原油的成分，这一进步可以大大减少原油分馏所需的能量量。...

将原油分离为汽油，柴油和取暖油等产品是一个能源密集型过程，约占世界上CO的6％₂排放。大部分能量都进入了将组件通过其沸点分离所需的热量。

在可能会大大减少原油分馏所需的能量量的进步中，麻省理工学院工程师开发了一种膜，该膜通过其分子大小过滤原油的成分。

扎卡里·P·史密斯（Zachary P. Smith）说：“这是一种设想分离过程的全新方式。代替净化混合物以净化它们，为什么不根据形状和大小进行分开组件？关键的创新是，我们开发的过滤器可以在原子关系长度上分离非常小的分子，''

新的过滤膜可以有效地将沉重和光成分与油分开，并且对其他类型的油分离膜倾向于溶胀具有抗性。该膜是一种薄膜，可以使用已经在工业过程中广泛使用的技术制造，可能使其可以扩展以供广泛使用。

Taehoon Lee是前麻省理工学院的博士后，现在是韩国Sungkyunkwan大学的助理教授，是该论文的主要作者，今天出现在科学。

油分馏

用于分馏原油的常规热驱动过程约占全球能源使用的1％，并且据估计，将膜用于原油分离可以将所需能源量减少约90％。为了成功，一个分离膜需要允许碳氢化合物快速通过，并选择性地过滤不同尺寸的化合物。

到目前为止，开发用于碳氢化合物的过滤膜的大多数努力都集中在固有微孔度（PIMS）的聚合物上，其中包括一种称为PIM-1。尽管这种多孔材料允许快速运输碳氢化合物，但它在通过膜时会过度吸收某些有机化合物，从而导致膜膨胀，从而损害其尺寸蛋白质的能力。

为了提出更好的替代方法，麻省理工学院团队决定尝试修改用于反渗透水脱盐的聚合物。自1970年代采用以来，反渗透膜将海水淡化的能源消耗降低了约90％，这是一个显着的工业成功故事。

最常用的水脱盐膜是使用称为界面聚合方法的方法制造的聚酰胺。在此过程中，在水与己烷等有机溶剂之间的接口处形成薄的聚合物膜。水和己烷通常不会混合，但是在它们之间的界面上，溶解在其中的少量化合物可以彼此反应。

在这种情况下，溶解在水中的一种称为MPD的亲水性单体与称为TMC的疏水单体反应，该单体溶解在己烷中。这两个单体通过称为酰胺键的连接将其连接在一起，在水己烷界面形成了聚酰胺薄膜（称为MPD-TMC）。

MPD-TMC虽然对水的脱盐非常有效，但没有合适的孔径和肿胀的耐药性，可以使其分离碳氢化合物。

为了使材料适应原油中发现的碳氢化合物，研究人员首先通过更改将单体从酰胺键与键相连的键来修改膜。这种键更刚性和疏水性，它使碳氢化合物可以快速穿过膜，而不会引起与聚酰胺相比的明显肿胀。

史密斯说：“多酰胺材料的孔隙率在界面处形成，并且由于我们添加的交联化学反应，您现在没有膨胀的东西。” “您将其在石油阶段进行，并在水接口处进行反应，并且通过交联，它现在已经固定了。因此，即使这些毛孔暴露于碳氢化合物时，它们也不再像其他材料一样膨胀。”

研究人员还引入了一个称为Triptycene的单体。这种形状敏感的，分子选择性分子进一步帮助所得的多二聚体形成适合碳氢化合物尺寸的孔。

有效的分离

当研究人员使用新膜来过滤和三异丙基苯（TIPB）的混合物作为评估分离性能的基准时，它能够达到20倍的比原始混合物中的浓度高20倍。他们还用由石脑油，煤油和柴油组成的工业相关混合物测试了膜，并发现它可以通过其分子大小有效地将较重和较轻的化合物分离。

研究人员说，如果适合工业用途，则可以在每个步骤中使用一系列这些过滤器来产生更高的所需产品浓度。

史密斯说：“您可以想象，通过这样的膜，您可以拥有一个初始阶段，可以取代原油分馏柱。您可以将沉重和轻度分子划分，然后可以在级联反应中使用不同的膜来纯化复杂的混合物来隔离所需的化学物质。”

界面聚合已经被广泛用于创建水的脱盐膜，研究人员认为，应该可以调整这些过程以大规模生产他们在这项研究中设计的膜。

李说：“界面聚合的主要优点是，它已经是一种准备纯净净化膜的完善方法，因此您可以想象只将这些化学物质采用到现有的制造线规模中。”

这项研究部分由埃克森通过MIT Energy倡议资助。