Углеродолюбивые материалы, предназначенные для сокращения промышленных выбросов

Ученые Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики и Университета Теннесси (UT), Ноксвилл, продвигают газовые мембранные материалы для расширения практических возможностей технологии сокращения промышленных выбросов углерода.

Результаты, опубликованные в журнале Chem, демонстрируют метод изготовления мембранных материалов, который может преодолеть существующие узкие места в селективности и проницаемости - ключевые параметры, определяющие эффективность улавливания углерода в реальных условиях.

Углеродоулавливающие мембраны

"Часто существует компромисс в том, насколько селективны или проницаемы мембраны, которые отфильтровывают углекислый газ, не пропуская через них другие газы. Идеальным сценарием является создание материалов с высокой проницаемостью и селективностью", - сказал Чжэньчжэнь Ян (Zhenzhen Yang) из химического факультета UT.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Газовые мембраны являются перспективной, но все еще развивающейся технологией для сокращения выбросов после сжигания или выбросов дымовых газов, производимых предприятиями, работающими на ископаемом топливе.

Концепция проста: тонкая пористая мембрана выступает в качестве фильтра для смесей выхлопных газов, выборочно позволяя углекислому газу, или CO2, свободно протекать через нее в коллектор, который поддерживается под пониженным давлением, но при этом не позволяет кислороду, азоту и другим газам проникать сквозь нее.

В отличие от существующих химических методов улавливания CO2 из промышленных процессов, мембраны просты в установке и могут работать без присмотра в течение длительного времени без дополнительных процедур или дополнительных затрат на энергию. Уловка заключается в том, что для расширения технологии с целью ее коммерческого применения необходимы новые, экономически эффективные материалы.

"Газовые мембраны нуждаются в давлении с одной стороны и, как правило, в вакууме с другой для поддержания свободного потока, поэтому селективность и проницаемость материалов так важны для развития технологии", - сказал Илья Попов из отдела химических наук ORNL. "Низкоэффективные материалы требуют больше энергии для проталкивания газов через систему, поэтому современные материалы являются ключом к поддержанию низких энергозатрат".

Ни один природный материал и только несколько синтетических материалов не превысили то, что называется верхней границей Робсона, известной границей, которая ограничивает то, насколько селективным и проницаемым может быть большинство материалов до того, как эти показатели начнут падать".

Материалы с достаточно высокой селективностью и проницаемостью для эффективного разделения газов редки и часто изготавливаются из дорогостоящих исходных материалов, производство которых требует либо длительного и утомительного синтеза, либо дорогостоящих катализаторов из переходных металлов.

"Мы поставили перед собой задачу проверить гипотезу о том, что введение атомов фтора в материалы мембраны может улучшить показатели улавливания и разделения углерода", - сказал Янг.

Фтор, используемый в производстве потребительских товаров, таких как тефлон и зубная паста, обладает углекислостно-фильными свойствами, что делает его привлекательным для применения в улавливании углерода. Он также широко доступен, что делает его относительно доступным вариантом для недорогих методов производства. Исследования фторированных газовых мембран были ограничены из-за фундаментальных проблем, связанных с внедрением фтора в материалы для реализации их углеродно-любительской функциональности.

"Нашим первым шагом было создание уникального полимера на основе фтора с использованием простых химических методов и коммерчески доступных исходных материалов", - сказал Янг.

Затем исследователи преобразовали или карбонизировали материал, используя тепло, чтобы придать ему пористую структуру и функциональность, необходимые для улавливания CO2. Двухступенчатый процесс сохранил фторированные группы и увеличил селективность CO2 в конечном материале, преодолев фундаментальное препятствие, которое встречается в других синтетических методах.

"Результатом этого подхода стал углекислостно-фильный материал с высокой площадью поверхности и ультрамикропорами, который стабилен в высокотемпературных условиях эксплуатации", - сказал Янг. "Все эти факторы делают его перспективным кандидатом для мембран улавливания и разделения углерода".

Новаторский дизайн материала способствует его исключительным характеристикам, которые проявляются в высокой селективности и проницаемости, превышающей верхний предел Робсона, чего удалось достичь лишь немногим материалам.

"Наш успех - это материальное достижение, демонстрирующее реальные пути использования фтора в будущих мембранных материалах. Более того, мы достигли этой цели, используя коммерчески доступные, недорогие исходные материалы", - сказал Попов.

Базовое открытие расширяет ограниченную библиотеку практических вариантов углеродоулавливающих мембран и открывает новые направления в развитии фторированных мембран с другими специфическими функциями.В дальнейшем исследователи намерены исследовать механизм поглощения и переноса CO2 фторированными мембранами - фундаментальный шаг, который послужит основой для разработки более совершенных систем улавливания углерода с материалами, специально предназначенными для улавливания выбросов CO2. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet