新型聚合物膜人工智能预测可以大大减少炼油中的能源和水的使用

佐治亚理工学院的研究人员发明的一种新型聚合物膜可以重塑炼油厂加工原油的方式，大大减少所需的能源和水，同时提取更有用的材料。

所谓的 DUCKY 聚合物(稍后详细介绍这个不寻常的名字)于10 月 16 日发表在《自然材料》杂志上。对于佐治亚理工学院的化学家、化学工程师和材料科学家团队来说，这只是一个开始。他们还创建了人工智能工具来预测此类聚合物膜的性能，这可以加速新聚合物膜的开发。

其影响是显而易见的：原油成分的初始分离消耗了全球约 1% 的能源。此外，研究人员正在开发的膜分离技术可能有多种用途，从生物燃料和可生物降解塑料到纸浆和纸制品。

“我们正在建立概念，然后可以将其用于不同的分子或聚合物，但我们将它们应用于原油，因为这是目前最具挑战性的目标，”学校教授兼 James A. Carlos 家族主席 MG Finn说道。化学和生物化学系。

原始状态的原油含有数千种化合物，必须经过加工和精炼才能生产有用的材料——天然气和其他燃料，以及塑料、纺织品、食品添加剂、医疗产品等。压榨出有价值的东西涉及数十个步骤，但首先是蒸馏，这是一个水和能源密集型的过程。

研究人员一直在尝试开发膜来完成这项工作，过滤掉所需的分子并跳过所有的沸腾和冷却。

“原油对于生活的几乎所有方面来说都是极其重要的原料，大多数人不会考虑它是如何加工的，”化学与生物分子工程学院Thomas C. DeLoach Jr. 教授Ryan Lively说。“这些蒸馏系统是大量的水消耗者，而膜则不然。他们不使用热量或燃烧。他们只使用电。如果你愿意的话，表面上你可以通过风力涡轮机来运行它。这只是一种完全不同的分离方式。”

该团队的新膜配方之所以如此强大，是因为新的聚合物系列。研究人员使用了一种称为螺环单体的结构单元，这些单体以具有大量 90 度转弯的链组装在一起，形成一种不易压缩的扭结材料，并形成选择性结合并允许所需分子通过的孔。这些聚合物不是刚性的，这意味着它们更容易大量生产。它们还具有良好控制的灵活性或移动性，允许正确的过滤结构的孔随着时间的推移而变化。

DUCKY 聚合物是通过化学反应产生的，很容易以可用于工业目的的规模生产。这是一种获得诺贝尔奖的反应家族，称为点击化学，这就是聚合物名称的由来。该反应称为铜催化叠氮化物-炔环加成反应，缩写为 CuAAC，发音为“quack”。因此：DUCKY 聚合物。

单独来看，聚合物膜的三个关键特性并不新鲜。芬恩说，正是它们独特的组合使它们新颖而有效。

该研究小组包括埃克森美孚的科学家，他们发现了这种膜的有效性。该公司的科学家们提取了最原始的原油成分——蒸馏过程后留在底部的污泥——并将其推过其中一个膜。该过程提取了更有价值的材料。

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