تقوم الأغشية الجديدة بإزالة 99.8% من الهيدروكربونات الثقيلة من النفط الخام لتوفير طاقة التكرير
تم تطوير فئة جديدة من أغشية البوليمر فائقة الرقة، والتي يطلق عليها اسم بوليمرات المسامية الدقيقة الداخلية (PLIMs)، من خلال تعاون بحثي عالمي. يمكن لهذه الأغشية أن تفصل مخاليط الهيدروكربونات المعقدة (مثل النفط الخام)، مما قد يؤدي إلى تحويل عملية التكرير كثيفة الاستهلاك للطاقة. تعديل هيكل الغشاء في كل يوم، تستخدم عملية تكرير النفط الخام القياسية طريقة التقطير الحراري. تعمل هذه العملية على غلي الزيت لفصله إلى أجزاء مفيدة مثل البنزين والبلاستيك ووقود الطائرات. إنه يعمل بشكل جيد، لكنه يحمل ثمنًا بيئيًا. يستهلك كمية عالية من الطاقة. الآن، قام فريق من الباحثين الدوليين بإنشاء حل بديل يمكن أن يزيل حرارة المعادلة تمامًا. إن بوليمرات المسامية الدقيقة الجوهرية (PLIMs) عبارة عن أغشية رقيقة للغاية يمكنها تصفية مخاليط الهيدروكربونات المعقدة على المستوى المجهري دون الحاجة إلى مصدر للحرارة. وأوضح أندرو ليفينغستون، أستاذ الهندسة الكيميائية ونائب رئيس الأبحاث والابتكار في جامعة كوين ماري بلندن، والرئيس التنفيذي لشركة Exactmer: “يمكن للأغشية، من حيث المبدأ، القيام بنفس وظيفة التقطير أو التبخر، باستخدام طاقة أقل بكثير”. وأضاف الباحث الرئيسي: “كانت المشكلة هي العثور على مواد سريعة وانتقائية عند تعرضها لمخاليط هيدروكربونية حقيقية”. تقدم الدراسة طريقة تصنيع جديدة تقوم بحقن عامل تشابك أثناء تكوين الغشاء لإنشاء طبقات فصل عالية الكفاءة. فهو يجمع بين ميزتين استعصت على العلماء لعقود من الزمن: الانتقائية الجزيئية الشديدة وسرعات النقل السريعة بشكل لا يصدق. اختبار الأغشية تعد الأغشية ببديل أنظف ومنخفض الطاقة للغلايات الضخمة. في هذا المفهوم، بدلاً من غليان السائل، يتم تمريره من خلال منخل جزيئي يلتقط جزيئات معينة بناءً على حجمها. ومن الناحية العملية، فإن السوائل العضوية مثل النفط الخام دمرت كل شيء. ركز الفريق على البوليمرات عالية المسامية، وهي مواد تمتلك بنية داخلية مثل الإسفنج الذي يقل سمكه عن النانومتر. ومع ذلك، هذه المواد لديها عيب. عند تعرضها للهيدروكربونات القاسية، فإنها تنتفخ. ومع توسع البوليمر، تتوسع المسام الصغيرة، مما يسمح للجزيئات الأكبر بالمرور من خلالها. يصبح الفلتر عديم الفائدة. ولإصلاح هذه المشكلة، قام الفريق بتغيير عملية التصنيع وإدخال عامل تشابك في الموقع مباشرةً في فيلم البوليمر أثناء تكوينه. قال الدكتور زيوي جيانغ: “كان المفتاح هو تثبيت البنية قبل أن تتاح للبوليمر فرصة للانتفاخ”. “هذا يحافظ على المسام الصغيرة التي تجعل الفصل الجزيئي ممكنًا، مع السماح للهيدروكربونات بالتدفق بسرعة كبيرة.” عندما اختبر الباحثون الأغشية مقابل النفط الخام العربي الخفيف الحقيقي، تحدت النتائج التوقعات القياسية. نجح نظام PLIM في إزالة 99.8% من الهيدروكربونات الثقيلة (تلك التي تحتوي على أكثر من 15 ذرة كربون). كما خفضت مركبات الكبريت المسببة للتآكل بنسبة 93٪. يعد هذا انتصارًا كبيرًا لمصافي التكرير، حيث يؤدي الكبريت في كثير من الأحيان إلى تحلل المعدات والمحفزات النهائية. كان أداء الغشاء جيدًا أيضًا في تيارات التكرير الأخف، مثل النافتا البكر. لقد قامت بفرز الجزيئات الأصغر المخصصة لتحسين الوقود من المكونات الأثقل المستخدمة في تصنيع المواد البلاستيكية اليومية. لقد فعلت كل هذا أثناء العمل بمعدلات تدفق مماثلة لتلك الخاصة بأنظمة تحلية المياه التجارية. علاوة على ذلك، قام هذا الفريق بتصميم المادة مع وضع التصنيع الضخم في الاعتبار منذ اليوم الأول. باستخدام المعالجة القياسية من اللف إلى اللف، تم تصنيع صفائح PLIM بعرض يزيد عن المتر. تم لف هذه الصفائح في وحدات ملفوفة حلزونيًا، وهو الشكل الدقيق المستخدم في محطات الترشيح الصناعية الموجودة في جميع أنحاء العالم. أثبتت الأغشية أيضًا أن لديها القدرة على التحمل، حيث تعمل بشكل مستمر لمدة 30 يومًا دون انخفاض في الأداء. ونُشرت النتائج في مجلة Science في 18 يونيو.
تم النشر: 2026-06-18 19:00:00
