Hodnocení propustnosti těkavých organických sloučenin (VOC) a skleníkových plynů přes husté membrány: Poznatky z parametrů rozpustnosti a základních molekulárních charakteristik

V naší Výzkumné skupině membránových separací zkoumáme, jak mohou různé membránové materiály pomoci odstranit těkavé organické látky (VOC), jako je benzen, toluen, hexan atd., ze vzduchu. Tyto odpadní látky často pocházejí z paliv, barev a průmyslových rozpouštědel a mohou mít negativní dopad na lidské zdraví a životní prostředí.

V této studii jsme zkoumali různé typy polymerních materiálů (včetně běžných bariérových materiálů, jako je polyetylen a polypropylen, a vysoce výkonných elastomerů, jako je Pebax nebo silikony), abychom pochopili, jak dobře dokáží oddělit těkavé organické látky od směsí plynů pomocí procesu zvaného permeace par.

Abychom mohli lépe předpovědět, kolik těkavých organických látek se během separace přes membránu přenese, použili jsme fyzikálně-chemické deskriptory – parametry rozpustnosti, které pomáhají charakterizovat, jak organická rozpouštědla interagují s polymerními materiály na molekulární úrovni. Zjistili jsme, že běžně používané Hansenovy parametry rozpustnosti jsou užitečné zejména při odhadu separačních vlastností propojující strukturně odlišné organické sloučeniny s dominantním molekulárním charakterem polymeru. Například hydrofilní membrány PVA vykazovaly silnou selektivitu pro alkoholy, jako je etanol, zatímco hydrofobní PDMS vykazoval příznivou propustnost a selektivitu pro aromatické těkavé organické látky, jako je benzen a toluen.

Kromě toho jsme popsali, jak jsou tyto polymery propustné a selektivní pro další běžné plyny (N₂, CO₂, CH₄, apod.), kde jsme prokázali rozhodující roli molekulárních parametrů, jako je velikost molekul a jejich polarita. Tímto se rozšiřují možnosti predikce membránových separací ve složitých směsích plynů, čímž tento výzkum přispívá k vývoji účinnějších technologií pro čištění vzduchu a průmyslovou rekuperaci těkavých organických látek, a tedy k širšímu využití v ochraně životního prostředí a udržitelné výrobě.

• Stanovský P., Morávková L., Škvorová M., Hrdlička Z., Dytrych P., Izák P., Esposito E., Jansen J.C.*, Petrusová Z.*: Evaluating permeability of VOC and greenhouse gases in dense membranes: Insights from solubility parameters and basic molecular characteristics. Purif. Technol. 2025, 366 (27 August), 132697. doi.org/10.1016/j.seppur.2025.132697