Vandledende membran gør det muligt for kuldioxid at omdanne til brændstof mere effektivt

Methanol er et alsidigt og effektivt kemikalie, der bruges som brændstof til fremstilling af utallige produkter. Kuldioxid (CO2), på den anden side, er en drivhusgas, der er det uønskede biprodukt af mange industrielle processer.

Omdannelse af CO2 til methanol er en måde at udnytte CO2 godt på. I forskning offentliggjort i dag i Videnskab , kemiske ingeniører fra Rensselaer Polytechnic Institute demonstrerede, hvordan man kan gøre denne omdannelsesproces fra CO2 til methanol mere effektiv ved hjælp af en meget effektiv separationsmembran, de producerede. Dette gennembrud, sagde forskerne, kunne forbedre en række industriprocesser, der er afhængige af kemiske reaktioner, hvor vand er et biprodukt.

For eksempel, den kemiske reaktion, der er ansvarlig for omdannelsen af ​​CO2 til methanol, producerer også vand, hvilket i høj grad begrænser den fortsatte reaktion. Rensselaer -teamet satte sig for at finde en måde at filtrere vandet fra, når reaktionen sker, uden at miste andre essentielle gasmolekyler.

Forskerne samlede en membran bestående af natriumioner og zeolitkrystaller, der var i stand til omhyggeligt og hurtigt at trænge igennem vand gennem små porer-kendt som vandledende nanokanaler-uden at miste gasmolekyler.

"Natrium kan faktisk regulere, eller tune, gasgennemtrængning, "sagde Miao Yu, en formandsprofessor i kemisk og biologisk teknik og medlem af Center for Bioteknologi og Tværfaglige Studier (CBIS) på Rensselaer, der ledede denne forskning. "Det er som om natriumionerne står ved porten og kun tillader vand at passere. Når den inaktive gas kommer ind, ionerne blokerer gassen. "

I fortiden, Yu sagde, denne type membran var modtagelig for defekter, der ville tillade andre gasmolekyler at lække ud. Hans team udviklede en ny strategi for at optimere samlingen af ​​krystallerne, som fjernede disse fejl.

Da vand effektivt blev fjernet fra processen, Yu sagde, teamet fandt ud af, at den kemiske reaktion var i stand til at ske meget hurtigt.

"Når vi kan fjerne vandet, ligevægten skifter, hvilket betyder, at mere CO2 vil blive omdannet, og der vil blive produceret mere methanol, "sagde Huazheng Li, en postdoktor ved Rensselaer og første forfatter på papiret.

"Denne forskning er et godt eksempel på de betydelige bidrag, professor Yu og hans team yder for at imødegå tværfaglige udfordringer på vandområdet, energi, og miljøet, "sagde Deepak Vashishth, direktør for CBIS. "Udvikling og implementering af sådanne skræddersyede membraner af professor Yus gruppe lover at være yderst effektiv og praktisk."

Teamet arbejder nu på at udvikle en skalerbar proces og et opstartsfirma, der tillader denne membran at blive brugt kommercielt til at producere methanol med høj renhed.

Yu sagde, at denne membran også kunne bruges til at forbedre en række andre reaktioner.

"I industrien er der så mange reaktioner begrænset af vand, "Sagde Yu." Dette er den eneste membran, der kan arbejde meget effektivt under de hårde reaktionsbetingelser. "