ساخت غشاء نانوحفره‌ای از جنس زئولیت برای جدا کردن گازها

توانایی جداکردن و خالص‌سازی مولکول‌های ویژه در یک مخزن حاوی مواد شیمیایی مختلف برای تولید مواد شیمیایی بسیار ضروری است. بنابر این، استفاده از غشاء می‌تواند گزینه مناسبی برای این کار باشد در حالی که تقطیر و متبلورسازی مجدد از روش‌های رایج برای این کار است که بسیار زمان‌بر و پرهزینه است. این در حالی است که استفاده از غشاء می‌تواند کارایی سیستم را افزایش دهد.
مواد بلوری معروف به زئولیت برای ساخت غشاء بسیار مناسب هستند؛ دلیل این امر وجود حفره‌های بسیار کوچک در حد مولکولی است. زئولیت‌ها از استحکام شیمیایی، گرمایی و مکانیکی قابل توجهی برخوردارند. رشد غشاء لایه نازک از جنس زئولیت که کیفیت بالایی داشته باشد و نقص‌های بلوری در آن به حداقل مقدار رسیده باشد بسیار چالش‌برانگیز و جذاب است. روش هیدروترمال (گرمایی) روشی ایده‌آل برای این کار است.
میاو یو از محققان دانشگاه کارلینای جنوبی می‌گوید: «فقدان دانش کافی درباره سنتز زئولیت‌ها مانع از تولید انبوه آن و استفاده در ساخت غشاء می‌شود.»
این گروه تحقیقاتی که موفق به ساخت غشاء زئولیتی با استفاده از دستورالعمل ویژه‌ای مبتنی بر ژل و متبلورسازی شده‌، نشان دادند که با دانه‌های زئولیتی ورقه‌ای شکل می‌توان غشاءهایی با ضخامت بسیار کم تولید کرد که قابلیت جدا کردن مواد مختلف را داراست. یو می‌گوید: «مهمترین یافته ما در این مطالعه این است که توانستیم زئولیت‌های ورقه‌ای شکل بسیار نازک و با کیفیت بالا تولید کنیم. این غشاءها دارای نقص‌های ساختاری غیرانتخابی بسیار کمی هستند. به دلیل ضخامت کم این ساختار، مقاومت در برابر انتقال در این ساختار بسیار کم است؛ بنابراین سرعت حرکت مولکول‌ها از میان آن بسیار بالاست. این موضوع چالشی در بخش ساخت غشاء زئولیت لایه نازک بوده است.
محققان این پروژه با استفاده از این غشاء موفق به جدا کردن گازهای N2 و CH4 از یکدیگر شدند. این گروه قصد دارند با نازکتر کردن این غشاء (زیر 500 نانومتر) عملکرد آن را بهبود دهند.

نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان “Growth of High Quality, Thickness-Reduced Zeolite Membranes towards N2/CH4 Separation Using High-Aspect-Ratio Seeds” در نشریه Angewandte Chemie International Edition منتشر شده‌است.