Á næstunni getur nýstárlegt síuefni dregið úr umhverfiskostnaði viðplastframleiðsla. Teymi vísindamanna frá National Institute of Standards and Technology (NIST) komst að því að þessi nýstárlega tækni getur dregið úr lykilhlutum af algengasta plastforminu úr blöndu af öðrum efnum og neytt mun minni orku en venjulega.
Þetta efni er eins konar málm lífrænt rammasamband (MOF). Með endurteknum tilraunum hefur verið sannað að þeir hafa getu til að aðgreina staka kolvetni frá lífrænu sameindasúpunni sem framleidd er í hreinsunarferlinu. Vegna þessa getu hefur MOF mikið gildi í plast- og jarðolíuiðnaðinum. Í samanburði við hefðbundna hreinsunartækni gerir MOF framleiðendum kleift að aðgreina á lægri kostnaði.
Þessi möguleiki gerir það að verkum að lífræn rammasambönd úr málmi (MOF) hafa lengi verið í brennidepli NIST og annarra stofnana. Með viðleitni okkar getur MOF nú aðgreint mismunandi oktan bensín og flýtt fyrir flóknum efnahvörfum. Mikilvægt markmið hefur reynst fimmtugt: Að finna atvinnugreinina' fyrsta valið til að vinna úr etýleni, sameindinni sem þarf til að búa til pólýetýlen, plastið sem notað er til að búa til innkaupapoka og aðra daglega ílát.
Hins vegar, pappír sem birt var í vísindum október 25, 2018 sýnir að hægt er að breyta fullkomlega rannsakuðu málm lífrænu rammaefni (MOF) til að aðgreina hreint etýlen frá blöndu af etani. Þessu liði lauk sameiginlega af Texas háskólanum í San Antonio (UTSA) og Háskólanum í Taiyuan í Kína og framkvæmdi rannsóknir í NIST Center for Neutron Research (NCNR) sem þýðir mikilvægt framfaraskref á þessu sviði.
Það þarf mikla orku til að búa til plast. Pólýetýlen er algengasta tegundin af plasti, gerð úr etýleni, sem er ein af mörgum kolvetnis sameindum sem finnast við ferlið við hreinsun hráolíu. Etýlen verður að vera mjög hreinsað til að gegna hlutverki í framleiðsluferlinu, en núverandi iðnaðartækni til að aðgreina etýlen frá öllum öðrum kolvetni er lágt hitastig en mikil orkunotkun, sem þarf að kæla hráolíu niður í - 100C eða lægri.
Etýlen og etan eru meginhluti kolvetnis í blöndunni. Aðskilnaður þessara tveggja efna er mest orkunotandi skrefið hingað til. Að finna aðra aðskilnaðaraðferð mun draga úr ársframleiðslu á heimsvísu Eitt stig sjö orka sem þarf fyrir 100 milljónir tonna af etýleni.
Vísindamenn hafa í mörg ár verið að leita að slíkri aðferð. Lífræn rammasambönd úr málmi (MOF) líta vel út. Við örstigið líta þeir út eins og hálfsinnaður skýjakljúfur með girðum, engir veggir. Það eru nokkrar kolvetnissameindir þétt festar við yfirborð þessara girða, svo hægt er að sprauta viðeigandi MOF í blöndu tveggja kolvetnis, þar sem önnur er hægt að draga út úr blöndunni, svo að hitt kolvetni getur komið fram á hreinu formi .
Lykillinn að rannsókninni er að búa til MOF sem gerir etýleni kleift að komast í gegnum. Fyrir plastiðnaðinn hefur þetta verið kjarninn.
GG quot; Það' það er erfitt að gera það," sagði Wei Zhou, vísindamaður við NIST Center for Neutron Research (NCNR)." Það hefur komið í ljós að flestir MOF fanga etýlen frekar en etan. Sum þeirra sýna jafnvel framúrskarandi aðgreiningarárangur með sértækri aðsogsetýleni. En frá sjónarhóli iðnaðarins, ef mögulegt er, ertu reiðubúinn að grípa etan en etýlen, taka upp etan og láta etýlen fara í gegn."
Rannsóknarhópurinn varði árum saman í að reyna að leysa vandann. Í 2012 fannst annað teymi sem starfar hjá NIST' s Center for Neutron Research (NCNR) að sérstök beinagrind, mof-74, geti vel aðgreint ýmis kolvetni, þar á meðal etýlen. Þetta virðist vera góður staður til að byrja þar sem liðsmenn leita í miklum vísindabókmenntum til að fá meiri innblástur. Hugmynd úr lífefnafræði leiddi þau að lokum í rétta átt.
Þessi tegund af lífrænum ramma úr járni sem byggir á járni, skreytt með peroxíðhópi, getur fangað etan og leyft etýlen að fara í gegn, svo það er mögulegt að bjóða upp á skilvirkari og efnahagslegri aðferð til að hreinsa etýlen (mikilvægasta hráefnið til plastframleiðslu).
GG quot; Að finna leiðir til að brjóta sterk tengsl milli kolefnis og vetnis er mikið efni í efnafræði," sagði Banglin Chen, prófessor við háskólann í Texas í San Antonio sem stýrði rannsóknarteyminu." Þú getur búið til mikið af verðmætum nýjum efnum með því að gera það. Við höfum komist að því frá fyrri rannsóknum að efnasambönd sem innihalda járnperoxíð geta brotið tengslin."
Til að brjóta tengsl kolvetnis sameinda, sagði teymið að efnasambandið verður fyrst að geta laðað þær að sér. Þegar þeir umbreyttu vegg mof-74 í byggingu svipað þessu efnasambandi fundu þeir að sameindin sem sogast út úr blöndunni var etan.
Liðið færði MOF til NIST Center for Neutron Research (NCNR) til að rannsaka atómbyggingu þess. Með því að nota tækni sem kallast nifteindadreifing ákvarðuðu þau hvaða hluti MOF' yfirborð hennar vakti etan - mikilvæg ástæða fyrir því að aðeins nýsköpun þeirra tókst.
GG quot; Ef við getum' Tökum ekki þennan gang í grundvallaratriðum, mun enginn trúa árangri okkar," Sagði Chen." Við trúum líka að það geti verið aðrir hlutir sem við getum gert ef við reynum að fjölga öðrum litlum hópum á yfirborðið. Þetta er ný rannsóknarstefna, við erum mjög spennt."
