DOI: https://doi.org/10.3390/polym16182604
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39339067
تاريخ النشر: 2024-09-14
المؤلف: Gorka Marco-Velasco وآخرون
الموضوع الرئيسي: خصائص السوائل الأيونية وتطبيقاتها
نظرة عامة
تقدم هذه القسم مراجعة شاملة لتطبيق المذيبات اليوتيكتية العميقة (DESs) في إعداد أغشية البوليمر لتقنيات الفصل البيئي. يتم تصنيف DESs إلى خمس مجموعات بناءً على مانحي روابط الهيدروجين (HBD) والمستقبلات (HBA)، ويتم تلخيص خصائصها الفيزيائية والكيميائية، بما في ذلك الكثافة، وتوتر السطح، واللزوجة، ودرجة انصهارها. تسلط المراجعة الضوء على طريقة الفصل غير المذيبي (NIPS) كطريقة بارزة لتصنيع الأغشية، مشيرة إلى أن DESs يمكن أن تلعب أدوارًا متنوعة مثل تشكيل المسام، والمذيبات، والإضافات، أو المذيبات المساعدة.
لقد أظهر دمج DESs في عملية تصنيع الأغشية أنه يعزز تشكيل هياكل شبيهة بالأصابع والفجوات الكبيرة، مما يؤثر بشكل كبير على المسامية العامة وحجم المسام للأغشية. كما تم تقديم مقاييس الأداء للأغشية المصممة للتنقية الفائقة (UF) والتنقية النانوية (NF). علاوة على ذلك، تناقش المراجعة إمكانيات DESs لتفعيل الأغشية، لا سيما في تطوير الأغشية السائلة المدعومة (SLMs) التي تهدف إلى تقنيات إزالة الكربون، مع التركيز على النفاذية والانتقائية للغازات مثل CO₂ وN₂ وCH₄.
نقاش
يسلط النقاش الضوء على الحاجة الملحة لمعالجة انبعاثات غازات الدفيئة (GHG) وندرة المياه، التي تحركها بشكل أساسي تغير المناخ. يشكل ثاني أكسيد الكربون (CO₂) حوالي 79.4% من انبعاثات غازات الدفيئة، بينما يساهم الميثان (CH₄) بنسبة 11.1%، ولكنه يمتلك إمكانات تأثير دفيئة تزيد عن 28 مرة مقارنة بـ CO₂. يؤكد البحث على أهمية تطوير تقنيات الأغشية المتقدمة لفصل غازات الدفيئة ومعالجة المياه بشكل فعال، حيث إن هذه التقنيات ضرورية لتحقيق أهداف الحياد الكربوني التي وضعتها الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة بحلول عام 2050. الطرق الحالية لالتقاط CO₂، مثل امتصاص الأمين، تتطلب طاقة كبيرة وتكلفة عالية، مما يثير الاهتمام في أغشية البوليمر كبديل أكثر استدامة.
تُقدم المذيبات اليوتيكتية العميقة (DESs) كإضافات واعدة لتعزيز أداء أغشية البوليمر. تتكون DESs من مستقبل روابط الهيدروجين (HBA) ومانح روابط الهيدروجين (HBD)، وتظهر خصائص ملائمة مثل انخفاض التطاير، وعدم القابلية للاحتراق، وذوبانية جيدة للغازات. تجعل خصائصها الفيزيائية والكيميائية القابلة للتعديل، بما في ذلك نقطة الانصهار، واللزوجة، وتوتر السطح، والكثافة، مناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات في تكنولوجيا الأغشية. تناقش المراجعة تصنيف DESs، وخصائصها الفيزيائية والكيميائية، وأدوارها المحتملة في تصنيع الأغشية وتفعيلها، مشيرة إلى أن هناك حاجة لمزيد من البحث لتحسين استخدامها في أغشية البوليمر لتطبيقات بيئية فعالة.
DOI: https://doi.org/10.3390/polym16182604
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39339067
Publication Date: 2024-09-14
Author(s): Gorka Marco-Velasco et al.
Primary Topic: Ionic liquids properties and applications
Overview
This section provides a comprehensive review of the application of deep eutectic solvents (DESs) in the preparation of polymer membranes for environmental separation technologies. DESs are categorized into five groups based on their hydrogen bond donors (HBD) and acceptors (HBA), and their physicochemical properties, including density, surface tension, viscosity, and melting temperature, are summarized. The review highlights the non-solvent induced phase separation (NIPS) method as a prominent technique for membrane fabrication, noting that DESs can serve various roles such as pore formers, solvents, additives, or co-solvents.
The incorporation of DESs into the membrane manufacturing process has been shown to enhance the formation of finger-like structures and macrovoids, significantly affecting the overall porosity and pore size of the membranes. Performance metrics for membranes designed for ultrafiltration (UF) and nanofiltration (NF) are also presented. Furthermore, the review discusses the potential of DESs for membrane functionalization, particularly in the development of supported liquid membranes (SLMs) aimed at decarbonization technologies, with a focus on the permeability and selectivity for gases such as CO₂, N₂, and CH₄.
Discussion
The discussion highlights the urgent need to address greenhouse gas (GHG) emissions and water scarcity, primarily driven by climate change. Carbon dioxide (CO₂) constitutes approximately 79.4% of GHG emissions, with methane (CH₄) contributing 11.1%, yet possessing a greenhouse effect potential over 28 times greater than CO₂. The paper emphasizes the importance of developing advanced membrane technologies for efficient GHG separation and water treatment, as these are critical for achieving carbon neutrality goals set by the European Union and the USA by 2050. Current methods for CO₂ capture, such as amine absorption, are energy-intensive and costly, prompting interest in polymer membranes as a potentially more sustainable alternative.
Deep eutectic solvents (DESs) are introduced as promising additives for enhancing the performance of polymer membranes. DESs, which consist of a hydrogen bond acceptor (HBA) and a hydrogen bond donor (HBD), exhibit favorable properties such as low volatility, non-combustibility, and good gas solubility. Their tunable physicochemical properties, including melting point, viscosity, surface tension, and density, make them suitable for various applications in membrane technology. The review discusses the classification of DESs, their physicochemical characteristics, and their potential roles in membrane fabrication and functionalization, indicating that further research is needed to optimize their use in polymer membranes for effective environmental applications.