Tilsæt bare vand:Enkelt trin øger polymerers evne til at filtrere kuldioxid fra blandede gasser

Et internationalt team af forskere har fundet ud af, at det kan øge en eksisterende polymers evne til selektivt at fjerne kuldioxid (CO ₂ ) ud af gasblandinger ved først at nedsænke materialet i flydende vand.

"Normalt, forbedring af en gas permeabilitet gennem et materiale forringer materialets selektivitet, "siger Rich Spontak, co-tilsvarende forfatter til et papir om arbejdet og fremtrædende professor i kemisk og biomolekylær teknik og professor i materialevidenskab og teknik ved North Carolina State University. "For at forklare dette ved hjælp af CO ₂ som et eksempel, lettere kan gasser passere gennem et materiale, desto mindre er materialet normalt i stand til at fjerne CO ₂ fra en gasblanding. Det slipper igennem CO ₂ , men det slipper også igennem andre gasser. Der er en reel afvejning, når man konstruerer polymerer til brug som gasseparationsmembraner.

"Det bemærkelsesværdige ved vores fund er, at vi var i stand til drastisk at forbedre polymerens CO ₂ permeabilitet, samtidig med at dens CO forbedres en smule ₂ selektivitet. Og den proces, der førte til denne væsentlige forbedring, var relateret til transformering af membranens mikrostruktur på en billig og ikke-toksisk måde-vi nedsænkede materialet i vand. "

Polymermembraner, der kan filtrere CO ud ₂ er ønskelige til brug i en række forskellige applikationer, såsom fjernelse af CO ₂ fra naturgas og opsamling af CO ₂ for at begrænse emissioner fra industrielle faciliteter.

Den her omhandlede polymer er en termoplastisk elastomer, der kan genbruges, relativt hård, og har vist sig at have ønskelige egenskaber til en lang række moderne teknologier. Til dette arbejde, forskerne satte sig for at se, hvordan materialets morfologi - hvordan de molekylære sekvenser, der omfatter polymermolekylerne er arrangeret i forhold til hinanden - påvirker dets ydeevne som CO ₂ -selektiv membran.

Gassenes permeabilitet gennem polymerer måles ofte i Barrer -enheder. Når det er tørt, permeabiliteten af ​​CO ₂ gennem polymeren undersøgt i papiret er mindre end 30 Barrer. Tidligere arbejde rapporteret af medlemmer af teamet havde vist, at inklusion af vanddamp i foderet kunne forbedre CO ₂ permeabilitet, øge den til så højt som 100-190 Barrer ved relative luftfugtighedsniveauer over 85%.

"Med disse nye resultater, vi har vist, at vi kan nå en permeabilitet på næsten 500 Barrer ved 90% luftfugtighed, "siger Liyuan Deng, Professor i kemiteknik ved det norske universitet for videnskab og teknologi og medkorresponderende forfatter af papiret. "På samme tid, selektiviteten af ​​CO ₂ i forhold til nitrogen (N ₂ ) stiger til så højt som ~ 60. Til sammenligning, de bedste kommercielle polymermembraner, der kunne bruges til CO ₂ capture besidder en permeabilitet op til ~ 200 Barrer og en CO ₂ /N ₂ selektivitet op til ~ 50. Det er meget vigtigt, at begge disse præstationsmålinger betragtes samtidigt for at opnå konkurrencedygtige membraner.

"Dette arbejde demonstrerer polymerens potentiale for brug i industriel gasseparation og kulstofopsamlingsteknologier, med fordele for både produktionseffektivitet og bestræbelser på at afbøde globale klimaændringer. Det giver også en tidligere uudforsket og let vej til at transformere morfologien for en polymermembran og opnå en enorm forbedring af gastransportegenskaber. "

Papiret, "Meget CO2-gennemtrængelige membraner afledt af en midbloksulfoneret multiblock-polymer efter nedsænkning i vand, "er offentliggjort i tidsskriftet NPG Asia Materials .