Bình chứa nguyên liệu polyme trên tay hai trợ lý nghiên cứu tại phòng thí nghiệm của Georgia Tech. Ảnh: Christopher Moore.

Quá trình phân đoạn hỗn hợp dầu thô bằng phương pháp chưng cất nhiệt thường được thực hiện trên quy mô lớn, đòi hỏi rất nhiều năng lượng. Theo ước tính, quy trình này chiếm tới 1% mức sử dụng năng lượng trên toàn cầu, tương đương 1100 terawatt-giờ mỗi năm - bằng tổng mức năng lượng của cả thành phố New York cộng lại. Việc đưa các màng năng lượng thấp vào thay thế một số công đoạn trong quá trình chưng cất dầu có thể dẫn đến sự ra đời của hệ thống lọc dầu lai tạo giúp giảm khí thải cacbon và tiêu hao năng lượng đáng kể so với phương pháp truyền thống.

Công nghệ màng vốn đã được sử dụng rộng rãi trong một số quy trình công nghiệp, chẳng hạn như khử mặn nước biển. Tuy nhiên, vì tính phức tạp cao của quá trình xử lý dầu thô mà cho đến nay, việc sử dụng màng trong ngành lọc dầu vẫn còn hạn chế. Nhằm vượt qua thách thức này, nhóm nhóm nghiên cứu đã phát triển một loại polyme spirocyclic mới. Khi kết hợp với chất nền đủ mạnh, nó sẽ tạo một loại màng có khả năng phân tách các hỗn hợp hydrocarbon phức tạp nhờ áp suất.

Cấu tạo từ các phân tử nitơ và cacbon sắp xếp theo cấu trúc xoắn, các màng polyme chứa các khoảng trống dùng để phân tách các phân tử trong hỗn hợp dầu thô. Quá trình phân loại dựa trên cơ sở khác biệt giữa kích thước và hình thù của các phân tử, tuy nhiên các phân tử có hình thù giống nhau sẽ khiến việc phân tách trở nên khó khăn hơn. Sau khi cân bằng nhiều yếu tố khác nhau, các nhà khoa học đã tìm ra được độ hòa tan phù hợp cho phép một số phân tử có kích thước nhỏ đi qua màng dễ dàng hơn.

Mẫu màng polyme lọc dầu mới dày 200 nanomet. Ảnh: Georgia Tech.

Mẫu màng polyme mới hoàn thành đã đạt một số thành công nhất định khi thử nghiệm với hỗn hợp xăng, nhiên liệu phản lực và nhiên liệu diesel tổng hợp. Khi thử áp dụng công nghệ tương tự với dầu thô, các nhà nghiên cứu đã phát hiện nó có hiệu quả khá tốt trong việc lọc giữ lại xăng và nhiên liệu máy bay từ một hỗn hợp chứa các nhiên liệu phức tạp.

“Hiện ICL đang nỗ lực hợp tác với Georgia Tech và Exxon nhằm chứng minh tiềm năng mở rộng đủ để đưa công nghệ mới vào ứng dụng trong ngành dầu khí trong tương lai”, giáo sư kỹ thuật hóa học Andrew Livingston cho biết.

Nguồn: https://phys.org/news/2020-07-membrane-technology-emissions-energy-oil.html