Geslaagd huwelijk tussen organisch en anorganisch

Nederlandse onderzoekers hebben een nanoporeus membraan ontwikkeld waarmee je water kunt verwijderen uit een oplosmiddelstroom bij minstens 150 graden Celsius, zonder dat het membraan zelf door dat water wordt aangetast. Daartoe gebruiken ze de beste onderdelen van zowel keramische alas organische materialen, zo schrijven ze op de website van Chemical Communications.

Op de vinding is wereldwijd octrooi aangevraagd. Hij moet onder meer bruikbaar zijn om biobrandstoffen te ontwateren, waarbij het energieverbruik stukken lager ligt dan bij een destillatieproces.

Tot nu toe lag amorfe silica (SiO₂) het meest voor de hand als moleculaire zeef voor water. De poriën van dit materiaal zijn precies groot genoeg om water, waterstof en andere moleculen van maximaal 0,3 nm door te laten. Helaas wordt silica langzaam aangetast door hydrolyse wanneer het langdurig in contact komt met water bij 60 graden Celsius of meer.

Proeven met kunststof membranen hebben toto nu toe ook niet veel goeds opgeleverd. Qua poriën is polyvinylalcohol nog het beste bruikbaar, maar boven de 85 graden Celsius wordt dit materiaal vloeibaar.

Het was al bekend dat je een silicamembraan enigszins kunt stabiliseren door er bijvoorbeeld methylgroepen aan toe te voegen. Onderzoekers van het Twentse MESA⁺-instituut, ECN in Petten en de UvA hebben dit idee nu verder uitgewerkt. Ze probeerden een materiaal op siliciumbasis te maken met zo weinig mogelijk siloxaanbindingen (Si-O-Si) en zo veel silylbindingen (Si-C). Die laatsten zijn minder gevoelig voor hydrolyse.

Ze bouwden daarom een bis-silylverbinding in: (EtO)₃Si-CH₂CH₂-Si(OEt)₃. Die lieten ze klonteren tot een colloïd (sol) waaruit vervolgens een film werd gevormd.

De poriediameter bleek gemiddeld 0,24 nm, met een vrij smalle verdeling. Net iets kleier dus dan bij ‘normale’silicamembranen, maar voor het beoogde doel is dat alleen maar gunstig.

Het belangrijkste is dat je zo’n membraan blijkt te kunnen gebruiken om het watergehalte van een stroom n-butanol terug te brengen van 5 naar 2 procent, bij 150 graden Celsius, en dat dat na anderhalf jaar continubedrijf nog steeds goed gaat. Gewone silica-membranen zouden na een paar weken al kapot zijn geweest.

bron: Universiteit Twente