Vật liệu lọc mới có thể cắt giảm chi phí lọc khí thiên nhiên

Các số đo được thực hiện bởi một nhóm các nhà khoa học của Viện tiêu chuẩn và công nghệ quốc gia (NIST) chứng minh vật liệu mới được chế tạo có khả năng tách các thành phần của khí thiên nhiên có liên quan chặt chẽ với nhau từ một khí thiên nhiên khác. Nhiệm vụ này hiện cần khối lượng lớn năng lượng mới thực hiện được. Các kết quả nghiên cứu đăng trên Tạp chí Science ngày 30/03/2012 sẽ cải thiện hiệu suất của qui trình chưng cất này.  

 

 

Vật liệu được chế tạo là một loại mới của khung kim loại-hữu cơ (MOF), một loại vật liệu có diện tích bề mặt lớn và các đặc tính điều chỉnh làm cho chúng có triển vọng ứng dụng để lưu giữ khí, xúc tác và phân phối thuốc. Loại vật liệu đặc trưng dựa vào sắt này mà nhóm nghiên cứu đề cập đến là Fe-MOF-74, được chế tạo tại phòng thí nghiệm của GS Hóa học Jeffrey Long thuộc Đại học California Berkeley và đã được phân tích bởi nhóm nghiên cứu tại NIST và Viện Bragg thuộc Tổ chức KH&CN hạt nhân Ôxtrâylia. Khí thiên nhiên được khai thác từ dưới đất gồm có phức hợp các phân tử gọi là các hydrocacbon, chỉ có một số là cần để sử dụng trong bất cứ sản phẩm đặc trưng như nhiên liệu hoặc nhựa. Tách các loại hydrocacbon nhẹ hơn từ một propan và etylen khác là việc làm khó khăn vì trọng lượng của chúng rất giống nhau. Hiện nay, phương pháp tách hiệu quả nhất liên quan đến việc làm mát các hydrocacbon nhẹ hơn xuống tới điểm chúng bị hóa lỏng và chờ đến khi các chất lỏng nặng hơn lắng xuống bên dưới các chất lỏng nhẹ hơn.

 

Wendy Queen, nghiên cứu sinh tại Trung tâm nghiên cứu neutron thuộc NIST cho biết cần một tỷ lệ lớn năng lượng cần để tách trong quá trình làm mát. Một vật liệu hấp phụ có chọn lọc các hydrocacbon nhẹ hơn có thể giúp tiết kiệm nhiều năng lượng, làm cho quá trình tách tiết kiệm hơn. Qua kính hiển vi, Fe-MOF-74 trông giống như một bộ sưu tập các ống hẹp được nhét cùng với nhau như các ống hút trong một chiếc hộp. Mỗi ống được làm từ các vật liệu hữu cơ và 6 dải sắt dài đặt theo chiều dọc của ống. Phân tích của nhóm nghiên cứu chứng tỏ các hydrocacbon nhẹ khác nhau đã thay đổi mức độ hút với sắt của các ống. Đây là một phát hiện có thể được khai thác phục vụ việc tách. Bằng cách chuyển khí hydrocacbon hỗn hợp qua một chuỗi máy lọc làm bằng các ống, hydrocacbon có độ hút mạnh nhất có thể được loại bỏ trong lớp lọc đầu tiên,  tiếp sau là trong lớp thứ hai…

 

Hiện tại, các nhà khoa học đang nghiên các kim loại khác ngoài sắt trong MOF để tìm ra vật liệu hoạt động thậm chí còn hiệu quả hơn.