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Functionality Rotation-Mediated Solvent Separations in Nanochannel Membranes

Projektbeschreibung

Verbesserte Selektivität der Lösungsmitteltrennung ohne Reduzierung der Effizienz

Die Lösungsmitteltrennung ist in vielen Industriezweigen von wesentlicher Bedeutung, etwa in der pharmazeutischen und chemischen Industrie sowie im Energiesektor, wo die Trennung oder Reinigung von Lösungsmittelgemischen einen entscheidenden Produktionsschritt darstellt. Traditionelle Verfahren wie die Destillation sind energie- und kostenintensiv. Nanokanalmembranen mit 1 nm-Kanälen bieten eine energieeffizientere Alternative. Die Verbesserung der Selektivität von Membranen führt jedoch häufig zu einer Verringerung ihrer Durchlässigkeit, wobei dieser Kompromiss ihre Wirksamkeit einschränkt. Mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen werden im Rahmen des Projekts FREEMEN Membranen mit rotierbaren Funktionalitäten entwickelt, die die Selektivität unterstützen, ohne die Permeabilität zu beeinträchtigen. Bei ihrer Entwicklung kommen MXen-Materialien und schnell rotierende Ammoniumionen zum Einsatz. Die vorgeschlagene Lösung könnte das Membrandesign voranbringen und einen neuen Mechanismus zum effizienten 1 nm-Massentransport bieten.

Ziel

Nanochannel membranes with 1-nm/sub-1-nm channels provide an energy-efficient and sustainable way of solvent separations for global process-based industries that operate on solvent mixtures. Channel modifications by binding selective functionalities are a widely adopted strategy to improve membrane selectivity, but it often compromises target solvents permeability, presenting a persistent and undesired trade-off dilemma. This is largely due to the relatively fixed position of the functionalities, whose steric hindrance unavoidably retards molecular transport at this scale.

In contrast to previous designs, this project aims to develop a novel nanochannel membrane featuring rotatable functionalities. It takes advantage of functionality dynamics - rotations - to facilitate target solvent transport while blocking competing solvent, effectively overcoming the trade-off. The demonstration and verification of this idea are based on 3 steps, including (1) development of a prototype membranes using a 2D layered MXene assembly as backbone and ammonium ions (NH4+) as functionalities due to their intrinsic ultrafast rotation in solvents (e.g. water); (2) evaluation of the solvent separation performance (e.g. water-ethanol) of such membranes against MXene membranes functionalised by slow-rotating ions or no ion (pristine); (3) elucidation of the relation between functionality rotation and solvent transport/separation by coupling experimental results, key characterizations, and computational modelling.

Project success will advance the state-of-the-art in practical, conceptual, and mechanistic aspects. A high-performance solvent separation membrane that breaks trade-off will be fabricated. A new nanochannel membrane design principle involving functionality dynamics will be established. Most importantly, a functionality rotation-mediated transport mechanism will be proposed as a new perspective to understand 1-nm/sub-1-nm mass transport in future membranes.

Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)

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Schlüsselbegriffe

Programm/Programme

Thema/Themen

Finanzierungsplan

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Aufforderung zur Vorschlagseinreichung

(öffnet in neuem Fenster) HORIZON-MSCA-2024-PF-01

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Koordinator

THE UNIVERSITY OF EDINBURGH
Netto-EU-Beitrag
€ 260 347,92
Adresse
OLD COLLEGE, SOUTH BRIDGE
EH8 9YL Edinburgh
Vereinigtes Königreich
Region
Scotland Eastern Scotland Edinburgh
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
Links
Gesamtkosten
Keine Daten