研究人員開發(fā)了一種新的膜技術，可以更有效地從混合氣體中去除二氧化碳 (CO 2 )，例如發(fā)電廠的排放物。
“為了展示我們新膜的能力，我們研究了 CO 2和氮的混合物，因為 CO 2 /二氧化氮混合物在減少發(fā)電廠溫室氣體排放的背景下特別重要，”共同通訊的 Rich Spontak 說關于這項工作的論文的作者。“我們已經證明，我們可以極大地提高膜去除 CO 2的選擇性，同時保持相對較高的 CO 2滲透性。”
“我們還研究了 CO 2和甲烷的混合物，這對天然氣工業(yè)很重要，”北卡羅來納州立大學化學和生物分子工程杰出教授和材料科學與工程教授 Spontak 說。“此外，這些 CO 2過濾膜可用于需要從混合氣體中去除 CO 2的任何情況——無論是生物醫(yī)學應用還是從潛艇中的空氣中凈化 CO 2 。”
膜是一種從混合氣體中去除 CO 2的有吸引力的技術，因為它們不占用太多物理空間，可以制成各種尺寸，并且可以輕松更換。另一種常用于去除 CO 2的技術是化學吸收，它包括將混合氣體鼓泡通過含有液態(tài)胺的柱子，從而從氣體中去除 CO 2。然而，吸收技術的足跡要大得多，而且液態(tài)胺往往是有毒和腐蝕性的。
這些膜過濾器的工作原理是讓 CO 2比混合氣體中的其他成分更快地通過膜。結果，從膜的另一側流出的氣體比進入膜的氣體具有更高比例的CO 2 。通過捕獲從膜中流出的氣體，您捕獲的 CO 2比捕獲的其他成分氣體多。
這種膜的長期挑戰(zhàn)是在滲透性和選擇性之間進行權衡。滲透性越高，氣體通過膜的速度就越快。但當滲透率上升時，選擇性下降——這意味著氮氣或其他成分也會快速通過膜——降低混合物中 CO 2與其他氣體的比例。In other words, when selectivity goes down you capture relatively less CO 2 .
來自美國和挪威的研究小組通過在現(xiàn)有膜的表面上生長既親水又親 CO 2的化學活性聚合物鏈來解決這個問題。這增加了CO 2的選擇性并且導致滲透性的相對降低。
“簡而言之，在滲透性幾乎沒有變化的情況下，我們已經證明我們可以將選擇性提高多達 150 倍，”該論文的共同通訊作者、獨立研究機構 SINTEF Industry 的高級研究科學家 Marius Sandru 說挪威的組織。“因此，相對于氣體混合物中的其他物質，我們捕獲了更多的 CO 2 。”
膜 CO 2過濾器面臨的另一個挑戰(zhàn)是成本。以前的膜技術越有效，它們往往就越昂貴。
“因為我們想創(chuàng)造一種商業(yè)上可行的技術，我們的技術從已經廣泛使用的膜開始，”Spontak 說。“然后我們設計了這些膜的表面以提高選擇性。雖然這確實增加了成本，但我們認為改性膜仍然具有成本效益。”
“我們接下來的步驟是看看我們在這里開發(fā)的技術在多大程度上可以應用于其他聚合物，以獲得可比較甚至更好的結果;并升級納米制造工藝，”Sandru 說。“老實說，盡管這里的結果令人興奮，但我們還沒有嘗試優(yōu)化這個修改過程。我們的論文報告了概念驗證結果。”
研究人員還對探索其他應用感興趣，例如新的膜技術是否可以用于生物醫(yī)學呼吸機設備或水產養(yǎng)殖領域的過濾設備。
研究人員表示，他們愿意與行業(yè)合作伙伴一起探索這些問題或機會，以幫助緩解全球氣候變化和改善設備功能。
該論文發(fā)表在《科學》雜志上。
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