En atomtyk grafenmembran til industriel gasseparation

Kemiingeniører ved EPFL har for første gang demonstreret, at en atomtyk grafenmembran kan adskille gasblandinger med høj effektivitet. Den "ultimate" membran er skalerbar, gør det til et gennembrud for industriel gasseparation.

Adskillelse af blandede gasser, såsom luft, i deres individuelle komponenter er en proces med flere industrielle applikationer, herunder biogasproduktion, luftberigelse ved metalbearbejdning, fjernelse af giftige gasser fra naturgas, og brintgenvinding fra ammoniakanlæg og olieraffinaderier.

Gasadskillelse foregår normalt ved brug af syntetiske membraner fremstillet af polymerer (f.eks. cellulose) eller andre materialer. I de seneste år, forskning har vendt sig til det, mange omtaler som den "ultimate" membran:et lag af grafen, et enkelt atom i tykkelse, som nu har vist sig at være den tyndeste molekylære barriere og dermed den mest effektive membran, tilbyder fremragende permeance kombineret med robusthed og skalerbarhed.

Imidlertid, fremskridt med at udvikle grafen har mødt to "flaskehalse":For det første, mangel på metoder til at inkorporere porer i molekylstørrelse i laget af grafen, og for det andet, mangel på metoder til faktisk at fremstille mekanisk robuste, revne- og rivefri, membraner med stort område.

Nu, i et gennembrud, der løser begge problemer, holdet fra Kumar Varoon Agrawal ved EPFL Valais Wallis har udviklet et stort område, enkeltlags grafenmembran, der kan adskille brint fra metan med en høj effektivitet (separationsfaktor op til 25), og en hidtil uset hydrogenpermeans fra en porøsitet, der kun var 0,025 %.

Membranen indeholder nanoporer for at tillade brint at trænge igennem, for det, der er kendt som "gas-sigtning". Membranen var stabil ved industrielle tryk og temperaturer (mindst op til 7 bar og 250 ºC). Men endnu vigtigere, holdet var i stand til at producere en overflade på 1 kvadratmillimeter – væsentligt større end tidligere rapporter, hvor kun få kvadratmikrometer kunne syntetiseres uden revner. Agrawals gruppe arbejder nu på at inkorporere højere tæthed af nanoporer i grafen, at få grafen til at realisere sit sande potentiale.

"Den nye teknik til at producere revnefrit grafenlag vil gå langt i at realisere den ultimative ydeevne af de atomtykke grafenmembraner til en række vigtige kemiske separationer, herunder kulstoffangst, brintgenvinding og rensning af rent drikkevand, " siger Agrawal.