工业上尝试对水或天然气进行纯化(例如从混合物中分离出所需要的化合物)的方法是使它们通过布满微孔的滤膜。总的说来,微孔越小,膜的选择性越强。但是,现在一个研究小组报告说,奇特的是,大分子比小分子更易于穿过由完全开放式小孔形成的滤膜。这种新型滤膜不仅选择性更强,而且过滤速度也比以前的滤膜快,能为工业分离提供比较廉价且能源利用率更高的方法。
北卡罗来纳州三角研究园三角研究所的Tim Merkel和奥斯丁市得克萨斯大学的Benny Freeman都是化学工程师,正领导着一个研究小组寻找效率更高的滤膜,他们尝试着用一种被称为煅制二氧化硅的细砂在传统膜聚合物上穿孔。他们将煅制二氧化硅与刚性聚合物链(其中每条链都类似一根没有煮过的意大利细面条)混合起来。这些微型砂粒的表现就像是撒在硬面条中的肉丸子。 Freeman说:“它们使得聚合物链彼此分离,增强了膜的渗透性。”这种排列使膜上产生了一系列张开的小孔,人们都认为它们能够迅速过滤分子。研究人员因为这些“化学入侵者”表面看来必然流入滤膜而感到振奋。
可这从未发生过。实际上,新型滤膜允许大分子气态有机化合物(如苯)通过,而将较小的气体分子(如氢)过滤掉。Freeman解释说,之所以会出现这一违反直觉的结果,是因为分子通过滤膜时经过两个阶段。首先它们必须溶入膜中,然后快速穿过滤膜。尽管小分子能更迅速地穿过滤膜,但大分子的溶解速度更快。而在致密的滤膜中,大分子在穿膜的过程中仍将受到阻碍。然而Freeman表示,幸亏这些新型滤膜上具有更宽的小孔,较大的分子才能得到活动空间,充分利用它们的领先地位,在小分子之前迅速穿过滤膜。
波士顿市东北大学的化学工程师、膜分离专家Narcan Bac表示:“这是一个非常有趣的结果”,将开辟一种工业应用滤膜的新方式。Merkel、Freeman及其同事现在正在检验他们的新膜是否能将天然气中常见的无用化合物分离出去。如果成功的话,这种混合膜就为能源公司打开了一扇大门,使他们能够开采那些储量巨大,但由于含有太多无用气体,所以目前无法利用的天然气储备。
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