Veelbelovend membraan zuivert waterstof

Rood filter in houder. (Foto: Jos Wassink)

Het ronde filter is niet groter dan een euro. Maar toch belichaamt dit kleine proefstukje in het witte laboratorium aan de Van der Maasweg grote beloften. Het combineert namelijk een hoge selectiviteit voor waterstof aan een hoge gasdoorlatendheid, en het is bestand tegen industriële druk en temperatuur. Het membraan laat waterstof door, maar het houdt kooldioxide goeddeels tegen.

Waterstoffilters worden gebruikt in allerlei primaire industriële processen zoals waterstofproductie en –zuivering, CO₂ afvang na de water gas shift reactie, en energiezuiniger productie van ammoniaproductie – een grondstof voor kunstmest.

Professor Freek Kapteijn (Faculteit TNW) zegt dat er in de loop der tijd tal van membranen ontwikkeld zijn om alternatieven te vinden voor de polymeermembranen die nu weliswaar de standaard zijn, maar die altijd een moeizaam compromis vormen tussen selectiviteit en doorlaatbaarheid.

Nu is er dus een nieuw type polymeer met de naam Bilp (Benzimidazole-linked polymeer) dat thermische en chemische stabiliteit combineert met nauwe poriën, wat het geschikt maakt voor de scheiding van kleine moleculen (zoals waterstof). Onderzoekers van de TU Delft katalyse engineering groep hebben daar, samen met internationale collega’s, vorige week over gepubliceerd in Science Advances.

Het probleem met Bilps is dat ze onoplosbaar zijn, en dat maakt ze lastig te verwerken. De oplossing zogezegd is dat de onderzoekers het polymeer lieten ontstaan aan het grensvlak van twee niet-mengende vloeistoffen die ieder een component van het eindproduct bevatte. Een poreus plaatje aluminiumoxide werd in een waterige oplossing gedoopt met de ene component. Na droging werd het blootgesteld aan een organisch oplosmiddel met de andere stof. Op het grensvlak ontstond een halve micrometer dik Bilp polymeer.

Maixa Shan bij testoven. (Foto: Jos Wassink)

Dr Xinlei Liu en promovendus Meixa Shan testten het stukje BILP membraan op een aluminumoxide drager met gasmengsels in het laboratorium gedurende 800 uur bij 150 graden Celsius. Als het ingangsmengsel een verhouding van 1:1 had, dan was het deel waterstof na de filter 40 keer hoger. Dat is twee keer beter dan wat de gebruikelijke filters presteren.

De onderzoekers concluderen dat de hoge gasscheiding in combinatie met de grote stabiliteit BILP tot een veelbelovende kandidaat maakt voor waterstofscheiding in de industrie.

Toch verwacht Kapteijn niet dat BILP snel op grote schaal zal worden toegepast. Door de grote investeringen die in industriële installaties gedaan zijn, loopt de introductie van innovaties in de (petro)chemische industrie meestal geen storm.

BILP-filter zit in de metalen houder. (Foto: Jos Wassink)

Professor Kapteijn nam op vrijdag 28 september afscheid van de TU met een groot internationaal symposium over katalyse.

Promovendus Meixa Shan promoveert op 24 oktober op haar proefschrift waarvan onderstaand artikel een hoofdstuk vormt.

• Meixia Shan, Xinlei Liu1, Xuerui Wang, Irina Yarulina, Beatriz Seoane, Freek Kapteijn and Jorge Gascon, Facile manufacture of porous organic framework membranes for precombustion CO2 capture, 21 September 2018.