Очистка природного газа от вредных примесей вышла на новый уровень благодаря двум новым веществам, созданным в Китае.
Китайские ученые сделали важный шаг в области очистки природного газа. Они создали два новых материала, которые относятся к классу металл-органических каркасных структур. Если говорить проще, это похоже на губки или соты, только на молекулярном уровне. Эти структуры состоят из органических молекул (пиридиновых и карбоновых кислот) и неорганических кластеров, которые напоминают кубики из атомов кобальта или никеля. Несмотря на то, что в основе лежат разные металлы, структуры у этих материалов практически одинаковые — ученые называют их изоструктурными.
Главная фишка этих новых материалов в том, как устроены их внутренние полости. Они формируют трехмерный каркас с четко определенными «клетками»-ловушками разного размера. Но это не просто пустоты. Внутренняя поверхность этих полостей специально «приправлена» азотсодержащими группами и сульфат-ионами. Именно эта химическая отделка работает как магнит для молекул пропана и этана — они прилипают к стенкам гораздо охотнее, чем метан.
В итоге при комнатной температуре и обычном давлении эти структуры жадно впитывают пропан и этан, но почти игнорируют метан. Это очень ценно, потому что в природном газе метан — самое ценное топливо, а более тяжелые углеводороды (пропан и этан) считаются примесями, которые снижают качество газа и могут конденсироваться в трубопроводах.
Чтобы проверить материал в деле, ученые провели динамические эксперименты, где смесь трех газов пропускали через колонку с новым материалом. Тяжелые молекулы застревали внутри, а чистый метан выходил первым. Очистка получилась настолько эффективной, что чистота метана на выходе достигала более 99,9%. Это серьезная заявка на использование таких фильтров в промышленных установках короткоцикловой адсорбции, где давление циклически меняют для регенерации фильтра.
Руководитель исследования Юйфань Гу объясняет успех геометрией:
Наша конструкция с разделением на клетки эффективно решает давнюю проблему пористых материалов — вечный спор между вместимостью и избирательностью. Раньше приходилось выбирать: либо губка много впитывает, но плохо различает молекулы, либо отлично разделяет, но объем у нее маленький. Здесь мы получили и то, и другое.
Кроме выдающихся рабочих характеристик, материалы оказались очень стабильны. Они не разрушаются даже в агрессивных средах с разным уровнем кислотности, что критично для настоящего завода, где условия редко бывают идеальными.
Полные результаты этой работы опубликованы в научном журнале Green Chemical Engineering.
Ранее российские ученые создали установку для альтернативных источников газа.