Адсорбент вместо холода
Создано вещество, которое может эффективно очистить этилен от этана.
В современном мире нас со всех сторон окружают полимеры. Их стало настолько много, что полимерный мусор представляют серьёзную проблему для мирового океана – но тут уж, как говорится, сами виноваты. Однако кроме проблемы отходов есть ещё одна.
Дело в том, что полимерное производство – это весьма затратный с точки зрения энергии процесс. Например, до того как из полиэтилена будет изготовлен обычный пакет, нужно сначала изготовить сам полиэтилен из этилена. А до этого получить этилен, потому что в природе его не найти. Производят этилен из других углеводородов с помощью процесса, который называется пиролиз: углеводородное сырьё нагревают в специальных аппаратах, в результате чего большие молекулы разваливаются на более маленькие, среди которых есть и этилен. Но кроме нужного нам этилена образуется ещё множество разных веществ, которые необходимо как-то из этой смеси убрать, потому что для производства полиэтилена этилен должен быть очень высокой степени чистоты.
Процесс разделения и очистки – краеугольный камень всего химического производства. Не так сложно получить какое-то вещество – сложно потом отделить его от других. Для этих целей на заводах стоят огромных размеров установки, и ресурсов они потребляют тоже соразмерно. Основная проблемная примесь в этилене – его практически родной химический «брат» этан. Они оба очень похожи по своим свойствам и поэтому их очень тяжело отделить друг от друга. На заводах для этого строят сложные криогенные установки, которые при низкой температуре и высоком давлении очищают этилен от этана. Естественно, что это не только делает производство более дорогим, но и приводит к лишним выбросам в окружающую среду и расходу ресурсов.
Одно из возможных решений проблемы – использование адсорбентов. Вместо того чтобы охлаждать, сжимать и нагревать миллионы тонн газовой смеси, неплохо было бы пропустить ее сквозь какой-нибудь фильтр, который адсорбирует этан, а на выходе даст чистый этилен. Исследователи не один год бьются над тем, чтобы создать такие материалы. Несколько лет назад с помощью металл-органических каркасных структур (MOF) удалось разделить этан и этилен, но с одним очень существенным «но». Разработанный адсорбент задерживал этилен, а пропускал, наоборот, этан. То есть разделение происходило наоборот – не этилен чистился от этана, а этан от этилена. С учётом того, что в реальных условиях этилена в смеси содержится сильно больше, получалась лишняя работа, которая была ничем не лучше криогенного разделения.
В недавно опубликованной статье исследователи из Китая и США представили вещество, которое вылавливает из смеси этан, не трогая этилен. Как и в предыдущем случае, этот адсорбент представляет собой металл-органическую каркасную структуру на основе железа, однако в отличие от более ранних разработок, на атомы железа были помещены атомы кислорода. Такая молекулярная конструкция оказалась способна эффективно связывать молекулы этана, в то время как молекулы этилена на подобные «рецепторы» не садились. В результате получившийся адсорбент стал способен «правильно» разделять этан-этиленовую смесь в одну стадию: связывать этан и пропускать этилен.
По материалам Science
