Um artigo publicado recentemente em Science "Membranas de politriazol com camada seletiva ultrafina sintonizável para fracionamento de petróleo bruto" oferece uma solução inovadora de desenvolvimento de membranas para lidar com condições industriais únicas, como fracionamento de hidrocarbonetos.
De autoria de um grupo de cientistas sob a direção da Dra. Suzana Nunes, professora da KAUST de ciências e engenharia química e ambiental, e vice-reitora de assuntos acadêmicos e do corpo docente, o artigo destaca uma estratégia versátil para fabricar membranas de politriazol para petróleo bruto com eficiência energética fracionamento. As membranas também são vantajosas por suas propriedades de baixa pegada de carbono e adequação para promover a economia circular de carbono (CCE).

"Trabalho em membranas de politriazol há mais de vinte anos", disse Nunes. "Neste artigo, a abordagem foi proposta pelo Dr. Stefan Chisca, pesquisador em nosso laboratório. Estou sempre procurando polímeros que possam enfrentar desafios que não são possíveis com uma membrana muito simples."

A Chisca é especializada no desenvolvimento de polímeros para aplicações em membranas, com foco em processos de separação que envolvem consumo mínimo de energia. Antes de ingressar na KAUST, Nunes liderou a pesquisa de membranas como chefe do departamento de Membranas para Energia Sustentável na Associação Helmholtz da Alemanha.

Enquanto a maioria das membranas disponíveis comercialmente são construídas para ambientes de água e temperatura ambiente, há um desafio único no desenvolvimento de membranas estáveis ​​para condições mais severas caracterizadas por temperaturas elevadas e uma ampla gama de solventes orgânicos e pH, como o caso do fracionamento de óleo.

Enfrentando o desafio da separação por meio da reticulação térmica

Um elemento crucial, mas altamente intensivo em energia e caro, comum às indústrias química, farmacêutica e petroquímica, é o processo de separação necessário para purificar solventes e produtos químicos, regular a troca de solventes e gerenciar catalisadores. As técnicas de separação mais comuns incluem destilação, adsorção, evaporação e extração.

A tecnologia de membrana oferece uma alternativa de baixa pegada de carbono que é considerada mais sustentável. No entanto, essas indústrias acham difícil substituir os métodos de separação convencionais porque precisariam de membranas para atender aos rigorosos requisitos de estabilidade mecânica e térmica para evitar o envelhecimento físico rápido e a deterioração.

"O ambiente é áspero em temperaturas de mais de 100 graus, e o que você fraciona pode dissolver sua membrana", disse Nunes.

Ela apontou para a metodologia crucial de reticulação usando tratamento térmico, necessária para preparar a membrana para interagir com o petróleo bruto sem se dissolver completamente. As membranas de politriazol provaram ser mais adequadas para separar misturas não aquosas complexas. A equipe da KAUST fabricou membranas de politriazol com camadas seletivas de 10 nanômetros de espessura contendo canais subnanômetros para a separação de hidrocarbonetos.

Usando a combinação de reticulação térmica em conjunto com a separação de fases induzida por não solvente convencional (NIPS), as membranas poliméricas tratadas provaram ser adequadas para processos de separação química altamente desafiadores. As camadas seletivas ultrafinas e as propriedades ajustáveis ​​das membranas de politriazol, como permeâncias, permitem que elas se adaptem a uma vasta gama de alimentações líquidas desafiadoras, ácidos fortes e misturas complexas como as encontradas no petróleo bruto.

Caracterização analítica com o Core Labs

Para entender melhor as interações membrana e solvente, e também o processo de modificação química por meio de tratamento térmico, a equipe de Nunes trabalhou com cientistas do KAUST Core Labs para caracterizar completamente a membrana e o próprio óleo. Diferentes métodos espectroscópicos e microscópicos foram utilizados para investigar a morfologia das membranas antes e após a reticulação e após o fracionamento do óleo, resultando na caracterização completa das propriedades.

"Nosso trabalho com o Core Labs tem sido excelente desde o primeiro dia", disse Nunes. "Esta Ciência papel é um excelente exemplo. Todos os envolvidos são da KAUST, do nosso grupo aos cientistas do Core Labs. Acho importante destacar que são cientistas formados na fronteira dessas técnicas. Nós não poderíamos fazer isso sozinhos."

Nunes credita a publicação da pesquisa a esse esforço colaborativo.

Aplicativos para o Reino

Nunes acredita que a tecnologia de membranas pode ajudar a Arábia Saudita a economizar muita energia.

“O objetivo e o sonho é que grandes empresas petroquímicas regionais usem a tecnologia de membranas como substituto de parte de seus processos de separação acionados termicamente”, compartilhou Nunes. "É a razão pela qual estamos fazendo isso. É a motivação."

Grande parte do trabalho de seu grupo envolve a promoção da visão de desenvolver membranas estáveis ​​o suficiente para serem usadas nas indústrias química e petroquímica. O objetivo é fornecer uma alternativa viável aos métodos clássicos de separação, que exigem uma infinidade de etapas e recursos. Nunes também espera se envolver em interações mais diretas com os players da indústria química do Reino para entender melhor suas necessidades e obter mais feedback sobre tecnologias de separação de alto desempenho feitas em solventes orgânicos e temperaturas elevadas.

"Este é o primeiro passo de uma longa história", disse ela. "Há mais trabalho a ser feito para aumentar a produção de membranas e fazer com que a tecnologia seja amplamente aceita para uso industrial não aquoso em escala".

No horizonte, Nunes também vê a tecnologia de membranas como uma solução viável para auxiliar os esforços atuais na minimização das emissões de dióxido de carbono, abordando o problema no início da cadeia de valor industrial.

"Acho muito mais eficaz substituir parte do processo empregado na indústria química, que responde por uma pegada de carbono muito alta", disse. “Se as novas plantas que estão sendo construídas na Arábia Saudita puderem incorporar processos de separação baseados em membranas novos e mais sustentáveis ​​no início, isso contribuirá muito para a economia circular de carbono”. + Explorar mais

Membranas para separação em escala industrial de misturas químicas