+ All Categories
Home > Documents > NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii...

NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii...

Date post: 07-Jan-2020
Category:
Upload: others
View: 25 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
23
Nanomateriale Nanomateriale Nanomateriale Nanomateriale membranare membranare membranare membranare VI VI VI VI Prof. Dr. Ing. Gheorghe NECHIFOR
Transcript
Page 1: NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi organici Virusi Saruri dizolvate RO NF MF 100 µµµµm 10 µµµµm

NanomaterialeNanomaterialeNanomaterialeNanomateriale membranaremembranaremembranaremembranare

VIVIVIVI

Prof. Dr. Ing. Gheorghe NECHIFOR

Page 2: NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi organici Virusi Saruri dizolvate RO NF MF 100 µµµµm 10 µµµµm

• 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

Page 3: NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi organici Virusi Saruri dizolvate RO NF MF 100 µµµµm 10 µµµµm

Schema proceselor de separare (Porter)

Page 4: NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi organici Virusi Saruri dizolvate RO NF MF 100 µµµµm 10 µµµµm

Coloizi

Bacterii

Polen Drojdii

macromolecule

Compusi organici

VirusiSaruri

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

Page 5: NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi organici Virusi Saruri dizolvate RO NF MF 100 µµµµm 10 µµµµm

Functiile membranelorFunctiile membranelor

SEPARARE CONTACTORI

IMMOBILIZARE

ELIBERARE CONTROLATA

Page 6: NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi organici Virusi Saruri dizolvate RO NF MF 100 µµµµm 10 µµµµm

1970 1980 1990 20000

50

100

150

200

250

300

To

tal

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

Page 7: NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi organici Virusi Saruri dizolvate RO NF MF 100 µµµµm 10 µµµµm

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

Page 8: NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi organici Virusi Saruri dizolvate RO NF MF 100 µµµµm 10 µµµµm

Reactorul membranar

membrana

produsi

educti

educti

produsi

Page 9: NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi organici Virusi Saruri dizolvate RO NF MF 100 µµµµm 10 µµµµm

Control termodinamic

∆RG0 aproape zero

∆RG0 = -RT lnK → K ≈ 1

A + B � C + D

Control cinetic

∆RG0 very negative

∆RG0 = -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

Page 10: NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi organici Virusi Saruri dizolvate RO NF MF 100 µµµµm 10 µµµµm

Esterificarea

alcool + acid ester + apa

Diametru Pori : 0.4 nmDiametru apa: 0.26 nm

Page 11: NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi organici Virusi Saruri dizolvate RO NF MF 100 µµµµm 10 µµµµm

[ ][ ][ ][ ]acidalcohol

wateresterK =

8

H2Ovid

i-propanol + acid propionic ester + apa

pervaporatie,

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

Page 12: NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi organici Virusi Saruri dizolvate RO NF MF 100 µµµµm 10 µµµµm

alcan olefina + H2

500°C

Dehidrogenare

40 %

20%

Page 13: NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi organici Virusi Saruri dizolvate RO NF MF 100 µµµµm 10 µµµµm

Pat fix conventional

Pat fix pe membrana

Cr2O3 / Al2O3

i-butan i-butenei-butanH2

i-butenai-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

Page 14: NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi organici Virusi Saruri dizolvate RO NF MF 100 µµµµm 10 µµµµm

Czuprat … CaroAIChE J., 56 (2010) 2390

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

Dehidrogenare cuplata

Page 15: NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi organici Virusi Saruri dizolvate RO NF MF 100 µµµµm 10 µµµµm

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

Page 16: NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi organici Virusi Saruri dizolvate RO NF MF 100 µµµµm 10 µµµµm

⇒ 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

Page 17: NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi organici Virusi Saruri dizolvate RO NF MF 100 µµµµm 10 µµµµm

A + B � C + D

A,B C

D

Eliberarea speciilor blocate

N2O, NOx N2

O2

NOx, N2O → N2 + Osurf

Page 18: NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi organici Virusi Saruri dizolvate RO NF MF 100 µµµµm 10 µµµµm

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

Page 19: NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi organici Virusi Saruri dizolvate RO NF MF 100 µµµµm 10 µµµµm

2 NO →→→→ N2 + O2 NO + O2 →→→→ NO2

mem

bra

na

Page 20: NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi organici Virusi Saruri dizolvate RO NF MF 100 µµµµm 10 µµµµm

Control termodinamic

∆RG0 aproape zero

∆RG0 = -RT lnK → K ≈ 1

A + B � C + D

Control cinetic

∆RG0 very negative

∆RG0 = -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

Page 21: NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi organici Virusi Saruri dizolvate RO NF MF 100 µµµµm 10 µµµµm

Gaz de sinteza

CH4 + ½ O2 ⇒ CO + 2 H2

Page 22: NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi organici Virusi Saruri dizolvate RO NF MF 100 µµµµm 10 µµµµm

Recemic Enzima ProdusiFaza Organica

100%

0%

Faza apoasa

Membrana

Page 23: NanomaterialeNanomaterialemembranaremembranare VIVVIIVI · Coloizi Bacterii Polen Drojdii macromolecule Compusi organici Virusi Saruri dizolvate RO NF MF 100 µµµµm 10 µµµµm

Multumiri Profesorului Jurgen CARO,

pentru permisiunea de a utiliza exemplele de

reactii membranare


Recommended