在许多与化学相关的行业，例如制药厂、炼油厂以及食品和饮料厂，分离有机液体混合物是必不可少的步骤。实现这一目标的主要方法是蒸馏，它将混合物加热到特定温度，以便只有其中一种成分蒸发。尽管蒸馏被广泛使用，但它无法分离两种组分具有相同沸点的有机液体混合物。研究人员寻找更可持续的替代品。

在过去的几年中，基于膜的分离技术一直在稳步获得关注，因为它们比传统方法更节能且选择性更好。虽然存在多种类型的分离膜，但由于稳定性问题以及对其性质了解甚少，由离子液体 (IL) 生产的膜主要用于分离有机液体混合物。

为了解决这些局限性，来自日本的一个研究小组着手研究一种用于有机液体分离的新型基于 IL 的有机硅膜的性能和机制。该团队包括V体育的 HIROTA Yuichiro 副教授、日本产业技术综合研究所的 IKEDA Ayumi 博士和关西大学的 ARAKI Sadao 副教授。他们的研究已于 12 月 29 日在网上发布^第、2023 年和2024 年 2 月。

研究人员使用的分离技术称为渗透蒸发 (PV)。 ”PV方法通过下游侧处于真空下的膜来处理液体混合物的部分汽化，这有助于实现更高的渗透性，”HIROTA 博士解释道。根据之前使用 IL 基膜分离有机蒸气的结果，该团队预计 PV 适用于分离有机液体混合物。

首先，研究人员通过用双(三氟甲基磺酰基)亚胺离子 (Tf₂N⁻) 获取 SipmimTf₂N。清洗后SipmimTf₂N与水并让粘性产品倾析，团队通过干燥获得了化学稳定的聚合物，称为聚SipmimTf₂N，含有倍半硅氧烷。最后，为了制造膜，研究人员在中空纳米多孔氧化铝管的外表面涂上甲醇溶液和聚SipmimTf₂N

随后进行了多项实验来分析这些膜在 PV 方法中的特性和性能。首先，通过一元PV测试（即涉及单一有机化合物而不是混合物），研究人员测量了不同醇、芳香烃和烷烃的渗透性。他们还探讨了渗透率值与每种化合物的汉森溶解度参数 (HSP) 以及膜本身的溶解度参数之间的关系。

随后，他们进行了二元PV测试，其中将甲苯、甲醇和1-己醇从N-己烷。正如 HIROTA 博士所解释的，这些测试中的每一项都解决了有机液体分离中的特定挑战：“甲苯/正己烷混合物是芳香族/烷烃混合物，其挥发性和分子大小存在差异。另一方面，甲醇/正己烷混合物是共沸混合物，因此两种组分具有相同的沸点。最后，选择了 1-己醇/正己烷混合物，因为使用分子筛膜很难分离。"

有趣的是，这些膜在分离甲苯时表现异常良好N-己烷，达到11的高渗透比。此外，膜在分离1-己醇时具有高选择性N-己烷。基于 HSP 的分析数据证实，所提出的膜的分离性能与目标化合物和膜本身之间的亲和力密切相关。这意味着形成离子液体的离子可以根据目标有机液体混合物进行替换，以实现有效的分离。

总而言之，本研究的这些结果凸显了基于 IL 的化学稳定膜在基于亲和力的有机液体分离中的潜力。由于光伏有一天可能取代能源密集型蒸馏过程，因此这些发现将为更加可持续的化学工业做出贡献。如果幸运的话，这将为碳中和并最终缓解全球变暖铺平道路。

参考

原始论文标题	硅烷化离子液体衍生的有机二氧化硅膜的渗透汽化特性
期刊	膜科学杂志
DOI
最新文章发布日期	2024 年 2 月 1 日

关于t 广田雄一郎副教授

HIROTA Yuichiro 分别于 2009 年和 2012 年获得大阪大学工程学硕士和博士学位。他于2020年加入V体育担任副教授。他的研究重点是纳米结构材料，例如纳米多孔无机和有机/无机杂化材料以及纳米级反应器。他还研究了膜分离和使用此类化合物的催化反应过程。发表了 70 多篇关于这些主题的研究论文。

资金信息

本研究由 JSPS KAKENHI 资助，资助号：23K04472.

联系方式

副教授广田雄一郎
电话：+81-52-735-5357
电子邮件：hirotayuichiro[at]nitechacjp
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