NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi

  • View
    2

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi

  • NanomaterialeNanomaterialeNanomaterialeNanomateriale membranaremembranaremembranaremembranare

    VIVIVIVI

    Prof. Dr. Ing. Gheorghe NECHIFOR

  • • Membranologia domeniu prioritar in nanostiinte – Membranele elemente pentru nanoseparari – Procesele membranare si separarea nanospeciilor – Locul membranologiei in cadrul nanostiintelor

    • Nanomateriale membranare – Importanta nanomaterialelor membranare – Clasificare si caracteristici generale

    – Aplicatii

    • Nanomateriale magnetice pentru separari avansate – Nanoparticule magnetice – Nanofluide si ferofluide – Aplicatii in separatologie

    • Nanostructuri polimerice – Polimeri pentru membrane – Designul si realizarea nanostructurilor – Nanocompozite polimerice pentru membrane – Aplicatii in domeniul biomedical

    • Nanosisteme chimice – Microemulsii si sisteme ultramicrodisperse – Segregarea sistemelor de separat – Aplicatii in tehnologii de mediu

    • Tehnologii ecologice si de ecologizare

  • Schema proceselor de separare (Porter)

  • Coloizi

    Bacterii

    Polen Drojdii

    macromolecule

    Compusi organici

    Virusi Saruri

    dizolvate

    RO

    NF

    MF

    1 µµµµm 0.1 µµµµm 0.01 µµµµm 1Å10 µµµµm100 µµµµm

    Fir par

    Obiect

    vizibil

    globule rosii

    Mici

    Micro-organisme

    virus

    Polio

    UF

    Microfiltrare

    Ultrafiltrare

    Nanofiltrare

    Osmoza Inversa

    0.001 µµµµm

    1 nm10 nm100 nm1000 nm 0. 1 nm

  • Functiile membranelorFunctiile membranelor

    SEPARARE CONTACTORI

    IMMOBILIZARE

    ELIBERARE CONTROLATA

  • 1970 1980 1990 2000 0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    T o

    ta l

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    Patents

    Numar de publicatii in baza CAS dupa cuvintele cheie: Membran? and React? in titlu.

    Primele aplicatii ale

    tehnologiilor membranare

    - Separare enzime

    - Sterilizare

    - Recuperare

    nanoparticule

    de catalizatori

  • Laboratoire

    Pilote

    Unité industrielle

    Laboratoire

    Unité industrielle

    Pilote

    Laboratory

    Industrial unit

    Pilot plant

    Pilot plant

    Laboratory

    Industrial unit

    Classical way New approach

    Laboratoire

    Pilote

    Unité industrielle

    Laboratoire

    Unité industrielle

    Pilote

    Laboratory

    Industrial unit

    Pilot plant

    Pilot plant

    Laboratory

    Industrial unit

    Classical way New approach

  • Reactorul membranar

    membrana

    produsi

    educti

    educti

    produsi

  • Control termodinamic

    ∆RG 0 aproape zero

    ∆RG 0 = -RT lnK → K ≈ 1

    A + B � C + D

    Control cinetic

    ∆RG 0 very negative

    ∆RG 0 = -RT lnK

    → K >> 1 (103 …1050)

    A + B → C + D

    Crestere conversie:

    De-Hidrogenare

    Esterificare

    Descompunerea apei

    Reformare compusi

    Descompunerea N2O, NO

    Cresterea Selectivitatii:

    Oxidarea partiala

    Gaz de sinteza

    oxidare p-Xilen

    D

    C

    A,B

    B

    A

    C,D

  • Esterificarea

    alcool + acid ester + apa

    Diametru Pori : 0.4 nm Diametru apa: 0.26 nm

  • [ ][ ] [ ][ ]acidalcohol

    waterester K =

    8

    H2O vid

    i-propanol + acid propionic ester + apa

    pervaporatie,

    Caro and Noack, Micropor. Mesopor. Mater., 115 (2008) 215

  • alcan olefina + H2

    500°C

    Dehidrogenare

    40 %

    20%

  • Pat fix conventional

    Pat fix pe membrana

    Cr2O3 / Al2O3

    i-butan i-butene i-butan H2

    i-butena i-butan

    H2 Gaz de spalare

    N2

    Cr2O3 / Al2O3

    i-butan

    ⇒⇒⇒⇒ conversia i-butanului creste cu 15 % (dupa15 min)

    ⇒ selectivitate olefina : H2 recuperat simultan

    ⇒ Dar: indepartarea hidrogenului determina descompuneri

    ⇒⇒⇒⇒ dupa doua ore conversia este identica

  • Czuprat … Caro AIChE J., 56 (2010) 2390

    Czuprat … Caro Chem.Cat.Chem., 1 (2009) 401

    Dehidrogenare cuplata

  • Membrana Ba(CoxFeyZrz)O3-δ

    Grosime perete: 150 µm

    Concept:

    Descompunerea apei la 900 °C pentru productia de hidrogen

    H2O ���� H2 + ½ O2 Membrana ajuta eliminarea oxigenului

    Constanta de echilibru ⇒⇒⇒⇒ Kp = 2 x 10 -8

    Production de H2 din apa

    H2O ���� H2+ ½ O2 H2O, H2

    O2

    CH4 CO, H2

  • ⇒ presiunea partiala a oxigenului poate fi redusa prin cuplare cu formarea gazului de sinteza:

    CH4 + ½ O2 →→→→ CO + 2 H2

    Jiang … Caro

    Angew. Chem., 120 (2008) 9481

    Productia hidrogenului cuplata cu gazul de sinteza

    1 m3m-2h-1

  • A + B � C + D

    A,B C

    D

    Eliberarea speciilor blocate

    N2O, NOx N2

    O2

    NOx, N2O → N2 + Osurf

  • Descompunerea N2O →→→→ N2 + ½ O2

    Membrana anorganica cu dublu rol:

    - Catalizator pentru descompunere

    - Recuperarea oxigenului

    N2O N2

    O2 CH4 CO, H2

    Jiang … Caro, Angew. Chem. Int. Ed. 48 (2009) 2983

  • 2 NO →→→→ N2 + O2 NO + O2 →→→→ NO2

    m em

    b ra

    n a

  • Control termodinamic

    ∆RG 0 aproape zero

    ∆RG 0 = -RT lnK → K ≈ 1

    A + B � C + D

    Control cinetic

    ∆RG 0 very negative

    ∆RG 0 = -RT lnK

    → K >> 1 (103 …1050)

    A + B → C + D

    Crestere conversie:

    De-Hidrogenare

    Esterificare

    Descompunerea apei

    Reformare compusi

    Descompunerea N2O, NO

    Cresterea Selectivitatii:

    Oxidarea partiala

    Gaz de sinteza

    oxidare p-Xilen

    D

    C

    A,B

    B

    A

    C,D

  • Gaz de sinteza

    CH4 + ½ O2 ⇒ CO + 2 H2

  • Recemic Enzima Produsi Faza Organica

    100%

    0%

    Faza apoasa

    Membrana

  • Multumiri Profesorului Jurgen CARO,

    pentru permisiunea de a utiliza exemplele de

    reactii membranare