En industriell process som för närvarande förbrukar enorma mängder energi i petrokemiska anläggningar runt om i världen skulle kunna ersättas av en alternativ process så effektiv att den inte kräver någon uppvärmning eller förhöjt tryck.

Niveen Khashab från KAUSTs Advanced Membranes and Porous Materials Center och hennes kollegor har utvecklat ett nytt sätt att separera derivat av bensen som kallas xylener.

"Diskussioner med industrin för att implementera tekniken pågår redan, " säger Khashab.

Xylener finns i tre olika former, kända som isomerer, som skiljer sig från varandra endast i platsen för en enda kolatom. Xylener används i många storskaliga tillämpningar, inklusive i polymerer, plast och fibrer, och som bränsletillsatser, men många användningar förlitar sig på bara en av de tre isomererna. Eftersom isomererna är så lika, deras fysiska egenskaper, såsom kokpunkt, är väldigt nära, vilket gör det energiskt dyrt att skilja dem åt.

"Varje år, de globala energikostnaderna för att separera dessa isomerer med hjälp av destillation är cirka 50 gigawatt, tillräckligt för att driva cirka 40 miljoner hem, " säger Gengwu Zhang, en postdoc i Khashabs team och första författare till studien. "Vi ville utveckla en metod med hög effektivitet och låg energiförbrukning för att separera och rena dessa isomerer för den petrokemiska industrin."

För att dra isär xylenisomererna, Khashab och hennes team använde munkformade molekyler som kallas cucurbiturils. Hålet i mitten av dessa molekyler kan vara värd för mindre molekyler inuti det. Hålet i mitten av cucurbit[7]uril är den idealiska storleken för att hysa orto-isomeren av xylen, laget visade. Genom att använda en process som kallas vätske-vätskeextraktion, teamet använde cucurbit[7]uril för att separera orto-xylen från de andra isomererna. "Vi kunde separera orto-xylen med mer än 92 procent specificitet efter en extraktionscykel, " säger Zhang. "Till skillnad från tidigare metoder, vår metod utförs under omgivande temperatur och tryck, vilket innebär mycket låg energiförbrukning och enkel användning, " han lägger till.

Hela processen var utformad för att lätt kunna användas i petrokemiska företags befintliga anläggningar, Khashab förklarar. "Vätske-vätskeextraktionstorn används redan i industrin och så det är relativt enkelt att införliva vårt material i denna uppställning, " säger hon. Dessutom cucurbit[7]uril är billig, kommersiellt tillgänglig eller lätttillverkad, och mycket stabil jämfört med de flesta porösa material.

"Vi har redan visat att vi kan separera xylen från kommersiella oljeprover i en skala på upp till 0,5 liter, " Khashab tillägger. "Vi är i kontakt med Saudi Aramco för att ta denna process till industriell implementering."

Teamet undersöker också andra ansökningar för denna separationsprocessen, säger Zhang.

Studien publiceras i tidskriften Chem .