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Functionality Rotation-Mediated Solvent Separations in Nanochannel Membranes

Description du projet

Améliorer la sélectivité de la séparation des solvants sans réduire la performance

La séparation des solvants est essentielle dans de nombreux secteurs, notamment dans les secteurs pharmaceutique, chimique et énergétique, où la séparation ou la purification des mélanges de solvants est une étape critique de la production. Les méthodes traditionnelles telles que la distillation sont gourmandes en énergie et coûteuses. Les membranes à nanocanaux avec des canaux de 1 nm constituent une alternative plus efficace sur le plan énergétique. Néanmoins, l’amélioration de la sélectivité des membranes réduit souvent leur perméabilité, un compromis qui limite leur efficacité. Avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet FREEMEN va concevoir des membranes dotées de fonctionnalités rotatives qui favorisent la sélectivité sans compromettre la perméabilité. Il fera appel à des matériaux MXene et des ions ammonium à rotation rapide pour leur développement. La solution pourrait faire progresser la conception des membranes, offrant un nouveau mécanisme pour le transport d’une masse de 1 nm.

Objectif

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.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

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Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

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

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) HORIZON-MSCA-2024-PF-01

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Coordinateur

THE UNIVERSITY OF EDINBURGH
Contribution nette de l'UE
€ 260 347,92
Adresse
OLD COLLEGE, SOUTH BRIDGE
EH8 9YL Edinburgh
Royaume-Uni
Région
Scotland Eastern Scotland Edinburgh
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
Aucune donnée