Специалисты из Университета Райса разработали метод «оптической дистилляции» спирта. По словам ученых, во главе с Наоми Хэлас (Naomi Halas), этот способ требует гораздо меньших затрат энергии, чем в случае тепловой дистилляции.
Авторы методики утверждают, что последние несколько тысяч лет нагревали воду неправильно, начиная со дна сосуда. На самом деле, нагревание воды стоит начинать сверху — такой способ является максимально энергоэффективным, поскольку не требуется нагревать весь объем жидкости.
Наночастицы, которые и поглощают и рассеивают свет, будучи помещенными в жидкость, абсорбируют оптическую энергию и нагревают определенный объем жидкости благодаря рассеиванию и оптической абсорбции. Это может спровоцировать локальный переход жидкости в пар в пределах определенного объема, без необходимости нагревать всю жидкость. Для бинарных жидкостных смесей этот процесс приводит к испарению более летучего элемента смеси. Если летучий элемент осаждать, то это позволяет создать дистилляционный процесс с использованием наночастиц, управляемый оптической подсветкой. Поскольку это не требует нагревания больших объемов жидкости, процесс требует существенно меньшего количества энергии, чем традиционная дистилляция с использованием источников тепла и нагреванием жидкости по всему объему.
Ученые изучили поведение освещаемых этаноловых (этанол + вода) и пропаноловых (пропанол-1 + вода) смесей с использованием Au–SiO2 в качестве наночастиц. Для этаноловых смесей молярная доля этанола, полученная путем воздействия оптическим излучением на смесь, существенно выще, чем в случае тепловой дистилляции.
При этом степень дистилляции при использовании оптического метода гораздо более высокая, чем термальная. В первом случае дистиллят (спирт) легко можно довести до степени очистки в 99%, во втором — всего 95%.
Результаты работы уже опубликованы в журнале ACS Nano.
Комментарии (41)
radiolok
27.11.2015 18:50+2Круто, а зачем? Все равно же разбавлять?
Argutator
27.11.2015 19:01+2Первый же абзац...Специалисты из Университета Райса разработали метод «оптической дистилляции» спирта. По словам ученых, во главе с Наоми Хэлас (Naomi Halas), этот способ требует гораздо меньших затрат энергии, чем в случае тепловой дистилляции.
kloppspb
27.11.2015 19:57В куче производственных и научных процессов, например, применяется так называемый абсолютный спирт — тот же этанол, но с содержанием воды, сводящимся к нулю. Традиционно он получается из стандартной азеотропной смеси этанола и воды, в быту именуемой «96 градусов» :) При помощи, например, повторной перегонки в присутствии бензола. Процесс не самый дешёвый, не самый простой, и не самый быстрый. Плюс — следовые количества ароматики могут влиять на всякое.
Предложенный метод лишён многих недостатков. Хотя есть ещё к чему стремиться :-)
Meklon
28.11.2015 11:47+6Мы в лаборатории используем абсолютный спирт. А в чем проблема его получения? Обычное связывание воды в кристаллогидраты. Мы проведённый медный купорос используем. Он забирает воду и из белого становится синим. В спирте нерастворим.
ru1z
30.11.2015 03:10+1Мне не нравится сама статья, но идею я постараюсь объяснить и заодно ответить на вопрос:
1. Купорос может использоваться для получения максимум 99,5% этанола (и то, при неоднократном и долгом кипячении со свежепрокаленным сульфатом меди и последующей перегонкой). Для дальнейшей очистки спирта нужно использовать другие методы (перегонка с толуолом, молекулярные сита, гидрид кальция, магний с йодом и т.д., высокоэффективная перегонка)
2. Купорос нет смысла использовать при абсолютизации этанола с высоким содержанием воды. Лучше сначала простая перегонка, потом купорос. В статье авторы обещают преимущественное испарение этанола, без азеотропа.
3. Значительные потери спирта/реагентов/энергии при использовании «классических» методов. Проблема с регенерацией реагентов.
4. Статья написана в модном тренде использования солнечной энергии. Таких статей будет еще больше. Идея в них будет такая, что налил смесь в стакан, поставил под лучи солнца — получил результат. Причем желательно максимально просто для конечного пользователя.ru1z
30.11.2015 03:19Может это будет хоть как-то интересно для топливных элементов. Не думаю, что в индустрии это будут применять. Та же высокоэффективная ректификационная колонна, о которой ниже написали, практичнее в промышленности.
FireWind
27.11.2015 19:17+1Стоп, зачем такие сложности для нагрева только поверхности? Инфракрасный нагреватель будет греть как раз только поверхность.
marks
27.11.2015 19:39Если он подействует каким-то образом на наночастички, плюс энергоэффективность будет такой же или более интересной, чем в случае лазера — конечно, тогда лучше он. Проведете соответствующее исследование с «инфракрасным нагревателем»?
FireWind
27.11.2015 23:06+4При ИК нагреве не нужны наночастицы из золота (явно не дешевый компонент). А нагрев как раз и будет идти сверху, что, по мнению экспериментаторов, и является преимуществом. Да и КПД ИК нагревателя, всяко, выше лазерного излучения.
Если, конечно, тут не стояла цель использовать что-то с приставкой «нано» — к селу ли, к городу.lamoss
29.11.2015 21:04У меня по КПД ИК нагревателя вопрос. Любой КПД нагреватель рассеивает во все стороны, когда же лазер никуда кроме выбранной точки не светит. В теории кпд у ИК может и выше, но в случае когда стоит задача нагреть указанную точку — выгодней ли это?
mib
27.11.2015 21:39+3в статьте ощущается какая-то псевдо-научность: нано-частицы, локальный переход жидкости в пар в пределах определенного объема…
Во-первых эти пузырьки испарившейся жидкости будут хлопываться, так как окружающая жидкость холоднее.
Ну а во-вторых — редко возникает задача разделения именно воды и спирта. В основном — речь ведь о браге с довольно большим количеством веществ с разной летучестью :)kloppspb
27.11.2015 22:00+2>редко возникает задача разделения именно воды и спирта
Нет, не редко. Это задача промышленного масштаба как минимум.
sergku1213
27.11.2015 22:26+2Неправильный перевод или просто халтурно написаная статья?.. Получить перегонкой смеси этилового спирта с водой спирт с концентрацией выше 96,3% невозможно, так как спирт образует с водой азеотропный раствор. Это значит, что такая смесь перегоняется как отдельное вещество. Как выше верно писали — если к этому азеотропу добавить бензола — его можно разогнать, т к бензол связывается с водой и дает азеотроп бензол-вода. Правда в спирте остается 0,2% бензола. Более чистый абсолютный спирт обычно получали взаимодействием с металлическим натрием. Диаграмма показана неверно — из-за того что не показано образование азеотропа. По сути статья скорее о том, что при нагреве сверху процесс концентрации до МАКСИМАЛЬНО возможной концентрации будет происходить заметно быстрее(в разы). См красные точки — концентрация спирта в парах над жидкостью с соответствующей концентрацией. Т.е для получения 96% спирта из 14% будет хватать 2-х перегонок, например, вместо 3-х. Впромышленности это заменяют дефлегматором — в одну гонку в колонне может достигаться эффект десятков эквивалентных тарелок. Так что пока ума не приложу как это применить.
kloppspb
27.11.2015 23:03+1Вот тут я ступил. Надо было сразу пойти по ссылке на оригинальную статью, а не вестись на красивый жёлтый заголовок.
mib
27.11.2015 22:35может быть имеет смысл фильтровать спирт с некоторым содержанием воды через… например слой из калёного медного купороса, он свяжет воду внутри кристаллов, а спирт не будет реагировать… правда купорос при поглощении воды греется. Или силикагель может быть не реагирует со спиртом, а поглощает воду
sergku1213
27.11.2015 23:09Был такой способ из ректификата (96,3%) сделать абсолютированный. Не помню почему, но не очень применяется. Вероятно не хватает водоотнимающей способности. С натрием и чисто и надёжно
Meklon
28.11.2015 11:49+1Мы именно этот метод в лаборатории и и используем. Нам хватает. Абсолютный спирт нужен для каких-то этапов проводки/окрашивания срезов.
Meklon
28.11.2015 11:50+1Силикагель спирт тоже свяжет, насколько я помню. Он не избирательный сорбент. Связывает физически, а не химически.
Ezhyg
28.11.2015 18:29А, как насчёт т.н. «молекулярного сита», которое связывает только воду, как раз по размеру молекулы? «По идее», молекула спирта чуток крупнее и просто не попадёт внутрь (или заткнёт дырки сита :) кончиками молекулы).
Meklon
28.11.2015 18:37+1Кстати, надо sergku1213 спросить про возможность удаления воды из браги обратным осмосом.
sergku1213
28.11.2015 18:46А зачем так сложно? Вымораживанием надо. Если у Вас холодильник -25-30 даёт должно получиться вполне кошерно. Делать в большой ёмкости, чтоб намерзание было постепенным. Потом в слитую крепкую фракцию бросить активированного угля(карболен) и опять заморозить. Сорбционная ёмкость при охлаждении должна быть отличной.
Meklon
28.11.2015 18:55Для обратного осмоса хватит только насоса высокого давления… Холодильники не всегда удобнее)
sergku1213
28.11.2015 19:03По обратному осмосу я ничего не скажу. Вообще не в теме. А читать из Вики и потом пересказывать здесь — не айс. Подумаю. Лучше всего просто попробовать, хотя сложной органикой может всё позабивать в фильтре.
Psionic
28.11.2015 03:49+1Как то я, еще в школе, размышлял насчет другого метода отделения спирта от воды — микроволнами, нужно было подобрать такую частоту чтоб ее по максимуму поглощал спирт и по минимуму вода.
kloppspb
28.11.2015 06:04+2Фигасе школа была :)
Но основной вопрос остаётся тот же: зачем? Что-то здесь всех в сторону набухаться ведёт. Причём именно спиртом :-)
ploop
28.11.2015 16:35+1Что-то здесь всех в сторону набухаться ведёт
Просто пост в пятницу был опубликован :)
Psionic
30.11.2015 00:16Нет, это не из школьного курса, просто на чердаке нашел древнюю «Науку и Жизнь» и там была стать про то что разные материалы по разному поглощают микроволны.
Shapelez
А вот это уже нельзя оставлять без ответа!
vkupriyanov
//поскольку это не требует нагревания больших объемов жидкости
пленочная перегонка (выпаривание) этот вопрос давно решила