Kredit:Wiley
Naturgas som innehåller större mängder svavelväte (H 2 S) och koldioxid (CO 2 ) kallas sur gas. Innan den kan komma in i en pipeline, det måste "sötas" genom att avlägsna dess sura föroreningar. Genom finjustering av förhållandet mellan två molekylära komponenter, det är möjligt att tillverka skräddarsydda polyimidmembran som kan rena sur gas med ett brett utbud av sammansättningar, som rapporterats av forskare i tidskriften Angewandte Chemie .
Huvudkomponenten i naturgas är metan (CH 4 ). Den H 2 S och CO 2 i sur gas reagerar surt med fukt, gör dem mycket frätande. Dessutom, H 2 S är mycket giftigt och utgör en säkerhetsrisk. I dag, sötning uppnås vanligtvis genom mycket energikrävande kemisk skrubbning, som inte är ekonomiskt lönsamt för gas med höga koncentrationer av H 2 S och CO 2 . Dessutom, denna process kräver en stor, komplexa apparater som är omöjliga att använda i avlägsna eller offshoreanläggningar. Skalbar, ekonomiska membranseparationer utgör ett utmärkt alternativ.
Membran baserade på glasartade polyimidpolymerer gjorda av en speciell kväve- och syrehaltig grupp uppvisar god separationseffektivitet. Dock, en grundläggande förståelse för sambanden mellan polyimiders strukturer och deras gastransportegenskaper i närvaro av H 2 S har saknats, hindrar designen av avancerade membran. Ett team ledd av William J. Koros vid Georgia Institute of Technology (Atlanta, U.S.) har nu tagit upp detta ämne.
Membranseparationer bygger på att gaser med högre löslighet lättare passerar genom membranmaterial; dock, mindre gasmolekyler kan också lättare diffundera genom membran. Utmaningen för sötning ligger i det faktum att separationen av CO 2 förlitar sig främst på en storleksskillnad (CO 2 är mindre än CH 4 ), medan separationen av den lika stora H 2 S och CH 4 beror på skillnader i löslighet. Dessutom, glasartade polyimidmembran börjar mjukna när de absorberar mer löst gas. Detta är fördelaktigt för separationen av H 2 S men ogynnsam för separering av CO 2 .
För sina experiment, forskarna producerade polyimider baserade på 6FDA (4, 4'-(hexafluorisopropyliden)diftalsyraanhydrid. De använde två olika 6FDA-byggstenar, som de polymeriserade i en mängd olika förhållanden. En byggsten (DAM) introducerar en skrymmande trimetylbensengrupp, vilket förhindrar att polymerkedjorna packas tätt. Detta ökar både gaspermeabiliteten och tendensen att mjukna. Den andra byggstenen (DABA) innehåller en polär bensoesyragrupp. Detta stramar packningen av kedjorna, minskad permeabilitet, men ökar H 2 S löslighet.
Högre andelar DAM ökar permeabiliteten mot CO 2 , men även CH 4 , vilket minskar selektiviteten. I kontrast, selektiviteten med avseende på H 2 S är knappt påverkad. Ju mer DAM ingår, ju mer polymeren mjuknar, vilket är ogynnsamt för CO 2 men gynnsamt för H 2 S. Genom att noggrant justera de relativa mängderna av byggstenarna, packningen av polymerkedjorna och tendensen att mjukgöra sig kan balanseras för att producera membran som samtidigt och effektivt separerar både H 2 S och CO 2 . Detta gör det möjligt att skräddarsy membran för olika naturgassammansättningar.
