Graphen sætter sit præg på gasseparation

Graphene Flagship -forskere overvandt den teoretiske begrænsende ydelse af membraner ved gasseparation. Denne kollaborative forskning fra Graphene Flagship -partnere CNR, University of Bologna og Graphene-XT har potentielle anvendelser inden for brintrensning og kulstofopsamling og -lagring.

Polymerbaserede membraner til gasseparation har en afvejning mellem høj gaspermeabilitet og høj gasselektivitet, den såkaldte Robeson øvre grænse. Ved at kombinere individuelle grafenoxidplader med polymerafstandsstykker, i en sandwichstilstruktur, Forskere fra Graphene Flagship har været i stand til at overvinde en sådan grænse, adskiller gas hurtigt og effektivt.

Fokuserer på at producere en gasseparationsanordning, der er nyttig til kulstofopsamling og -lagring, forskerne udarbejdede en protokol til at adskille CO2 fra H2. Brintproduktion, både fra naturgas eller ved forgasning af flydende eller faste brændstoffer, ledsages ofte af dannelsen af ​​en betydelig mængde CO2, som skal fjernes, før gassen bruges. Effektiv adskillelse af CO2 har større potentiale for opsamling af denne drivhusgas.

Ved hjælp af en bottom up -tilgang, forskerne deponerede skiftevis lag af grafenoxid og en polymer poly (ethylenimin) - PEI, ved hjælp af en selvmonteringsmetode, at lave gasseparationsmembranen. Ved at bruge grafenoxid, (et vandopløseligt grafenmateriale på grund af dets oxiderede natur), teamet var i stand til at deponere individuelle grafenoxidlag adskilt af PEI.

Dybden af ​​PEI -laget, der virker som et mellemrum mellem grafenoxidlagene, viste sig at være afgørende for at garantere høj gasstrøm gennem membranen. Dette adskillelsessystem indeholder derfor et lagdelt materiale og et ultratyndt polymerlag med en tykkelse på cirka toonanometer. Grafenoxidpladerne tvinger de gasformige molekyler til at diffundere en torturøs vej inden i PEI -kæderne.

"Ved at skifte fra standard tredimensionel membran til en lagdelt polymerstruktur opnåede vi gasseparation over Robeson-grænsen i en membran på kun 100 nm tyk, "sagde professor Vincenzo Palermo, koordinator for teamet, der udfører denne forskning, og vicedirektør for Graphene Flagship.

Vigtigere, det blev også fundet, at disse membraners permeabilitet for forskellige gasser afhænger stærkt af gasmolekylernes diameter. Dette giver membranen en unik selektivitet, der til sidst giver gasseparationsteknikken både tunbar permeabilitet og høj selektivitet samt potentialet til at blive brugt i stor skala. Den øgede funktionalitet til de billige PEI -film gør disse gasseparationsmembraner meget attraktive til applikationer.

"Gennem vores samarbejde med University of Bologna og Graphene-XT inden for flagskibet, vi har været i stand til at vurdere den skalerbare karakter af denne forskning i industrianlæg til at adskille gasser, "sagde Palermo.

"Forfatterne bringer konceptet med todimensionale kompositstrukturer til et nyt niveau. Det lykkedes dem at producere periodiske stakke af lagdelte materialer og endimensionelle polymerer, på store områder, ved hjælp af svage elektrostatiske kræfter. På denne måde observerer de en gasgennemtrængningsproces, der er meget forskellig fra det, der observeres i "klassiske" stakke af todimensionale nanosheets, "sagde Xinliang Feng, lederen af ​​Graphene Flagship's Functional Foam and Coatings Work-Package, "Dette arbejde demonstrerer kraften og alsidigheden af ​​kemiske metoder til at bygge komplekse strukturer; bemærkelsesværdigt, det kommer også fra et samarbejde mellem Functional Foam and Coatings Work-Package-partnere med en partner SMV, der støtter vores spydspidsprojekter. "

Professor Andrea C. Ferrari, Videnskabs- og teknologibetjent for Graphene Flagship, og formand for dets ledelsespanel, tilføjet "Dette er endnu et eksempel på, hvordan Graphene Flagship kan kombinere forskningens forkant med praktiske anvendelser. Potentialet i grafen og beslægtede materialer inden for membranteknologi blev tidligt anerkendt, og dette arbejde bringer det et skridt tættere på udbredte applikationer. "