有机硅膜用于分离有机液体混合物的前景广阔

在许多化学相关行业，如制药、炼油厂、食品和饮料工厂，分离有机液体混合物是必不可少的步骤。实现这一目标的主要方法是蒸馏，它将混合物加热到特定温度，以便只有其中一种成分蒸发。

尽管蒸馏被广泛使用，但它无法分离两种组分具有相同沸点的有机液体混合物。此外，这是一个能源和资源密集型的过程，这促使研究人员寻找更可持续的替代品。

在过去的几年中，基于膜的分离技术一直在稳步获得关注，因为它们比传统方法更节能并且提供更好的选择性。虽然存在多种类型的分离膜，但由离子液体(IL)生产的膜很少用于分离有机液体混合物，这主要是由于稳定性问题和对其性质了解甚少。

为了解决这些局限性，日本的一个研究小组着手研究一种新型的基于离子液体的有机硅膜用于有机液体分离的性能和机制。该团队包括名古屋工业大学的YuichiroHirota副教授、日本产业技术综合研究所的AyumiIkeda博士和关西大学的SadaoAraki副教授。

研究人员使用的分离技术称为渗透蒸发(PV)。“PV方法通过下游侧处于真空下的膜处理液体混合物的部分汽化，这有助于实现更高的渗透性，”Hirota博士解释道。根据之前使用离子液体膜分离有机蒸气的结果，该团队预计PV适用于分离有机液体混合物。

首先，研究人员通过用双(三氟甲基磺酰基)亚胺离子(Tf2N−)取代1-甲基-3-(1-三乙氧基甲硅烷基丙基)咪唑氯化物(SipmimCl)中的氯离子来制备咪唑鎓型IL，得到SipmimTf2N用水清洗SipmimTf2N并让粘性产品倾析后，研究小组通过干燥获得了一种化学稳定的聚合物，称为PolySipmimTf2N，其中含有倍半硅氧烷。

最后，为了制造这种膜，研究人员在中空纳米多孔氧化铝管的外表面涂上了甲醇和PolySipmimTf2N的溶液。

然后进行了多项实验来分析这些膜在PV方法中的特性和性能。首先，通过一元PV测试(即涉及单一有机化合物而不是混合物)，研究人员测量了不同醇、芳香烃和烷烃的渗透性。他们还探讨了渗透率值与每种化合物的汉森溶解度参数(HSP)以及膜本身的溶解度参数之间的关系。

随后，他们进行了二元光伏测试，从正己烷中分离出甲苯、甲醇和1-己醇。正如Hirota博士所解释的那样，这些测试中的每一项都解决了有机液体分离中的特定挑战，“甲苯/正己烷混合物是芳香族/烷烃混合物，其挥发性和分子大小存在差异。另一方面，甲醇/正己烷混合物是一种芳香族/烷烃混合物，具有不同的挥发性和分子大小。-己烷混合物是共沸混合物，因此，两种组分具有相同的沸点。”

“最后，选择了1-己醇/正己烷混合物，因为使用分子筛膜很难分离。”

有趣的是，该膜在分离甲苯和正己烷时表现非常好，达到了11的高渗透率。此外，该膜在分离1-己醇和正己烷时具有高选择性。基于HSP的分析数据证实，所提出的膜的分离性能与目标化合物和膜本身之间的亲和力密切相关。这意味着形成离子液体的离子可以根据目标有机液体混合物被替换，以实现有效的分离。

总而言之，这项研究的结果凸显了基于IL的化学稳定膜在基于亲和力的有机液体分离中的潜力。由于光伏有一天可能取代能源密集型蒸馏过程，因此这些发现将为更加可持续的化学工业做出贡献。如果幸运的话，这将为碳中和并最终缓解全球变暖铺平道路。