FluidsProcessing.nl NL
Home
BLIJF OP DE HOOGTE
Ontvang onze nieuwsbrief en digitale magazine
Uw adres wordt nooit aan derden doorgegeven.
Lees onze privacyverklaring.

   

ARTIKEL
Membraantechnoloog Nieck Benes over de nieuwe generatie membranen: ‘Onze films zijn net legoblokjes’
Download dit artikel als pdf
Is uw adres bekend, dan wordt de pdf meteen geopend, anders krijgt u een link toegestuurd.
Ook ontvangt u onze volgende nieuwsbrief.

Membraantechnoloog Nieck Benes over de nieuwe generatie membranen:

‘Onze films zijn net legoblokjes’

De onderzoeksgroep van prof. Nieck Benes, hoogleraar ‘Films in Fluids’ aan de Universiteit Twente, ontwikkelt nieuwe membranen die werken onder extreme condities zoals hoge druk, temperatuur of zuurgraad. Veelbelovend zijn robuuste precisiemembranen met hybride lagen opgebouwd uit anorganische en organische verbindingen en holle nanobuizen. Hiermee kunnen chemische bouwstenen duurzaam geproduceerd worden.
‘De lege ruimte manipuleren, om controle uit te oefenen op de beweging van atomen en moleculen’, was de kern van Nieck Benes’ oratie als hoogleraar ‘Films in Fluids’. De 47-jarige membraantechnoloog ontwikkelt daartoe met zijn groep aan het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie zeer dunne films, bijvoorbeeld 100 nanometer dik, die verschillende moleculen in verschillende mate tegenhouden. Behalve op basis van grootte kan die scheiding ook plaatsvinden op basis van andere moleculaire eigenschappen. Zo’n film kan bijvoorbeeld een relatief dichte structuur hebben met daarin verschillende grotere, lege ruimtes waar het ene type molecuul beter past dan het andere, en waarin groepen met een zekere affiniteit voor bepaalde moleculen aanwezig zijn. Benes werkt veel met hybride lagen die zijn opgebouwd uit anorganische en organische bouwstenen, meestal voor toepassingen onder extreme condities. Zo kunnen scheidingsprocessing zeer exact en op maat aangestuurd worden. De lagen kunnen namelijk eindeloos aangepast en gecombineerd worden. Of om met Benes te spreken: “Onze films lijken opgebouwd uit legoblokjes.”
Membraantechnoloog Nieck Benes over de nieuwe generatie membranen: ‘ONZE FILMS ZIJN NET LEGOBLOKJES’ De onderzoeksgroep van prof. Nieck Benes, hoogleraar ‘Films in Fluids’ aan de Universiteit Twente, ontwikkelt nieuwe membranen die werken onder extreme condities zoals hoge druk, temperatuur of zuurgraad. Veelbelovend zijn robuuste precisiemembranen met hybride lagen opgebouwd uit anorganische en organische verbindingen en holle nanobuizen. Hiermee kunnen chemische bouwstenen duurzaam geproduceerd worden. ‘De lege ruimte manipuleren, om controle uit te oefenen op de beweging van atomen en moleculen’, was de kern van Nieck Benes’ oratie als hoogleraar ‘Films in Fluids’. De 47-jarige membraantechnoloog ontwikkelt daartoe met zijn groep aan het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie zeer dunne films, bijvoorbeeld 100 nanometer dik, die verschillende moleculen in verschillende mate tegenhouden. Behalve op basis van grootte kan die scheiding ook plaatsvinden op basis van andere moleculaire eigenschappen. Zo’n film kan bijvoorbeeld een relatief dichte structuur hebben met daarin verschillende grotere, lege ruimtes waar het ene type molecuul beter past dan het andere, en waarin groepen met een zekere affiniteit voor bepaalde moleculen aanwezig zijn. Benes werkt veel met hybride lagen die zijn opgebouwd uit anorganische en organische bouwstenen, meestal voor toepassingen onder extreme condities. Zo 16 Fluids Processing | nr. 1 | februari 2019 Fluids Processing | nr. 1 | februari 2019 17 MEMBRANEN | Vincent Hentzepeter | Fotografie: Foodnote Prof. Nieck Benes, hoogleraar ‘Films in Fluids’ aan de Universiteit Twente, ontwikkelt met zijn onderzoeksgroep nieuwe membranen die werken onder extreme condities zoals hoge druk, temperatuur of zuurgraad. Elektrokatalytische omzetting met membraanvezeltechnologie Benes’ onderzoeksgroep ontwikkelt poreuze, holle membraanvezels, bijvoorbeeld om CO2 elektrokatalytisch om te zetten in CO. De CO kan in combinatie met H2 als syngas in de chemie gebruikt worden voor polymerisatieprocessen. Deze superdunne, keramische buisjes gaan door toevoeging van koperdeeltjes fungeren als een katalysator voor de elektrisch katalytische reductie van CO2. De poriegrootte van de buisjes ligt rond de 1 micrometer. Zo is een device te maken voor de productie van syngas. Zo’n 80% van de elektronen worden benut om CO2 naar CO om te zetten. (Afbeelding: MESA+ Instituut) Tafelopstelling van Instron voor het bepalen van de trek- en samendrukkingssterkte van materialen. kunnen scheidingsprocessing zeer exact en op maat aangestuurd worden. De lagen kunnen namelijk eindeloos aangepast en gecombineerd worden. Of om met Benes te spreken: “Onze films lijken opgebouwd uit legoblokjes.” GRENSVLAKPOLYMERISATIE Benes’ hoogleraarschap ‘Films in Fluids’ verwijst naar het onderzoek aan dunne lagen die kunnen ontstaan door reacties op het grensvlak van twee vloeistoffen met opgeloste stoffen, zoals water en een organische stof. Tussen die twee kan zich onder de juiste condities een keurige polymeerlaag vormen. Benes’ groep past ‘grensvlakpolymerisatie’ toe voor het ontwikkelen van membranen voor toepassing onder extreme condities. De bekendste toepassing van grensvlakpolymerisatie is de grootschalige productie van polyamides. De synthese van ‘nylon’ vindt plaatst op de scheidslijn van het tweefasensysteem – een loog en een organisch oplosmiddel – uit opgeloste diamine en dicarbonzuur. Nieuw is ‘interfacial polymerization’ niet. Het principe stamt uit 1940, maar is volgens Benes nog steeds relevant. “Dat je er nieuwe dingen mee kunt doen, anders dan het maken van polyamides, door andere chemie te gebruiken, vind ik interessant. Wij zijn op zoek naar high performance polymers met nieuwe eigenschappen die je bij hoge pH’s, drukken en temperaturen (tot boven de 300 o C!) ook nog kunt gebruiken. We doen dat bijvoorbeeld door in situ lagen te maken, vaak van hybride materialen, en zo een polymeer op te bouwen.” ‘Membranen van silsesquioxanen presteren ook bij 300 o C nog uitstekend’ KOOITJES Bij de synthese van superpolymeren is het de crux op het grensvlak van de twee fasen ijzersterke netwerken te laten ontstaan. Benes noemt in dit kader de silsesquioxanen, familie van de polyoctahedral silsesquioxanes (POSS). Ze nemen kooiachtige vormen of polymeerstructuren aan met Silicium-Zuurstof-Silicium (Si-O-Si)-verbindingen en tetraëdrische (viervlakkige) Si-hoekpunten. Membranen van dit materiaal voor H2 /N2 -scheidingen presteren ook bij 300 o C nog uitstekend. “Wij gebruiken voor grensvlakpolymerisatie bijvoorbeeld op anorganische silica gebaseerde kooitjes. Door vernetting van anorganische en organische verbindingen krijg je een hyper cross-linked netwerk met een bijzonder stabiele performance bij hoge temperatuur of druk. Wij willen weten hoe zo’n polymeer zich gedraagt als we de mate van Dit artikel is afkomstig uit Fluids Processing www.fluidsprocessing.nl © ProcesMedia MEMBRANEN vernetting veranderen of er andere bruggen tussen bouwen. Zo kun je met een andere vorm van chemie een urethaan in plaats van een amide, of een volledig anorganisch rubber maken.” VLOEIBAAR RIETJE Benes’ onderzoeksgroep ontwikkelt ook poreuze, holle membraanvezels, bijvoorbeeld om O2 elektrokatalytisch om te zetten in CO. De CO kan in combinatie met H2 als syngas in de chemie gebruikt worden voor polymerisatieprocessen. De hiervoor ontwikkelde membraanvezels worden gemaakt via droog-nat spinnen gevolgd door fasescheiding en warmtebehandeling. Benes heeft een nieuwe methode ontwikkeld waarbij geen organische oplosmiddelen meer nodig zijn. Hierbij wordt gesponnen met een alginaat – een hydrofiel polymeer uit zeewier – en calciumcarbonaat. In een waterige oplossing reageren beide met elkaar tot een gel die na bakken glasachtig wordt. “Bij het spinnen ontstaat een soort vloeibaar rietje, dat direct na contact met water ‘vast’ wordt. Na splitsing van het calciumcarbonaat, zorgt het tweewaardige Ca++ voor crosslinken. De gel van calciumalginaat kun je in de oven branden tot een keramisch materiaal. Door het sinteren verkrijgt het zijn polymeerstructuur.” Deze superdunne, holle buisjes van keramiek gaan door toevoeging van koperdeeltjes fungeren als een katalysator voor de elektrisch katalytische reductie van CO2. De poriegrootte van de buisjes ligt rond de 1 micrometer. “Zo kun je een echte device maken voor de productie van CO voor gebruik in syngas. Tachtig procent van de elektronen kunnen we gebruiken om CO2 naar CO om te zetten. Traditioneel wordt CO nu onder meer in de staalindustrie geproduceerd door de reductie van ijzererts.” KANSRIJKE TOEPASSINGEN Elektrificatie is de toekomst in de procestechnologie. Hernieuwbare energie moet de hiervoor benodigde stroom leveren. Fossiele brandstoffen zullen uitgefaseerd worden, al kan dat nog even duren. Benes’ groep loopt alvast voor de troepen uit. Doel is een breed portfolio aan membranen ontwikkelen voor kansrijke toepassing in de markt. “Door de opkomst van elektrokatalyse worden elektronen steeds belangrijker in de procestechnologie, zie onze ontwikkelingen met anorganische vezels. Daarmee kun je elektronen gebruiken om CO2 om te zetten naar bouwstenen. Hollow fibers bieden een efficiënte vorm van elektronenoverdracht, waardoor je op grote schaal goedkoop je grondstoffen kunt maken. We hebben nog geen device met dit soort membranen gemaakt, er loopt wel een project waar drie van de methaanvoorraden gebruikt om protonen te maken door het te splitsen in H2 en CO2. De energie van de protonen dient om H2 en stikstof met elkaar te laten reageren. Zo produceer je ammoniak. Liever zou je de protonen uit water te halen met zonne- of windenergie. Daar moeten we een nieuw proces voor verzinnen. We willen weten of dat kan.” Ammoniak is maar één voorbeeld, stelt Benes. “Er zijn veel meer stoffen die we nodig hebben en die om een duurzame oplossing vragen. Wat je wilt, is dat alles dat door een destillatiekolom is gegaan in de toekomst sustainable kan worden gewonnen. Daarvoor moet het allemaal veel slimmer. Er zijn al wel elektrochemische processen, maar het wachten is op een shift waardoor dat soort processen rendabel gaat worden. Dat vraagt om nieuwe technologieën, zoals de membranen die wij hier ontwikkelen. Iets eruit halen en opbranden kan niet meer.” ● J.A. Woollam Co. Spectroscopic Ellipsometer FQTH-100, waarmee de onderzoeksgroep van Benes onder variabele temperatuur en druk brekingsindices en laagdiktes kan meten. aio’s op zitten. Het is eeuwig zonde om mooie, fossiele brandstoffen te verbranden, je kunt er beter bouwstoffen van maken.” DUURZAME AMMONIAK? De kunstmestindustrie drijft voor een belangrijk deel op aardgas. Eerst wordt aardgas gekraakt om waterstofgas te produceren. Vervolgens wordt hiermee met stikstofgas uit de lucht ammoniak gemaakt volgens het Haber-Boschproces. De wereldproductie ligt op 140 miljoen ton, becijfert Benes. Er gaan dus gigantische hoeveelheden aardgas doorheen. “We kijken of we met een holle vezel duurzame ammoniak kunnen maken. Dat is niet alleen te gebruiken voor kunstmest, maar ook een goede energiedrager. Nu wordt een deel ‘Eeuwig zonde om mooie, fossiele brandstoffen te verbranden, je kunt er beter bouwstoffen van maken’ Fluids Processing | nr. 1 | februari 2019 19 Fluids Processing www.fluidsprocessing.nl © ProcesMedia
PROCES MEDIA
Solids Processing Fluids Processing MB Maintenance SchuettgutPortal
Ontvang onze nieuwsbrief
Nieuwsbrief archief
Volg ons
Linked
MAGAZINE
Abonneren
Service en contact
ContactDisclaimerPrivacyAdverterenLogin controlpanel