Исследователи разработали новую мембранную технологию, позволяющую более эффективно удалять двуокись углерода (CO 2 ) из смешанных газов, таких как выбросы электростанций.
«Чтобы продемонстрировать возможности наших новых мембран, мы рассмотрели смеси СО 2 и азота, поскольку смеси СО 2 и диоксида азота особенно важны в контексте сокращения выбросов парниковых газов электростанциями », — говорит Рич Спонтак, со- корреспондент автор статьи о работе. «И мы продемонстрировали, что можем значительно улучшить селективность мембран по удалению СО 2 , сохраняя при этом относительно высокую проницаемость для СО 2 ».
«Мы также рассмотрели смеси CO2 и метана, которые важны для газовой промышленности», — говорит Спонтак, почетный профессор химической и биомолекулярной инженерии и профессор материаловедения и инженерии в Университете штата Северная Каролина. «Кроме того, эти мембраны для фильтрации CO 2 можно использовать в любой ситуации, когда необходимо удалить CO 2 из смешанных газов — будь то биомедицинское применение или очистка воздуха от CO2 на подводной лодке».
Мембраны представляют собой привлекательную технологию удаления СО2 из смешанных газов, поскольку они не занимают много места, их можно изготавливать самых разных размеров и их легко заменять. Другой технологией, которая часто используется для удаления CO2 , является химическая абсорбция, которая включает барботирование смешанных газов через колонку, содержащую жидкий амин, который удаляет CO2 из газа. Однако абсорбционные технологии занимают значительно больше места, а жидкие амины, как правило, токсичны и вызывают коррозию.
Эти мембранные фильтры работают, позволяя CO 2 проходить через мембрану быстрее, чем другие компоненты смешанного газа. В результате газ, выходящий с другой стороны мембраны, имеет более высокую долю CO2 , чем газ, поступающий через мембрану. Улавливая газ, выходящий из мембраны, вы улавливаете больше CO2 , чем других составляющих газов.
Долгой проблемой для таких мембран был компромисс между проницаемостью и селективностью. Чем выше проницаемость, тем быстрее вы можете перемещать газ через мембрану. Но когда проницаемость повышается, селективность снижается — это означает, что азот или другие компоненты также быстро проходят через мембрану — уменьшая соотношение СО2 и других газов в смеси. Другими словами, когда селективность снижается, вы улавливаете относительно меньше CO2.
Исследовательская группа из США и Норвегии решила эту проблему путем выращивания химически активных полимерных цепей, которые являются одновременно гидрофильными и CO 2 -фильными на поверхности существующих мембран. Это повышает селективность по СО 2 и вызывает относительно небольшое снижение проницаемости.
«Короче говоря, с небольшим изменением проницаемости мы продемонстрировали, что можем повысить селективность примерно в 150 раз», — говорит Мариус Сандру, соавтор статьи и старший научный сотрудник SINTEF Industry, независимого исследовательского центра. организация в Норвегии. «Таким образом, мы улавливаем гораздо больше CO 2 по сравнению с другими видами газовых смесей».
Другой проблемой, с которой сталкиваются мембранные фильтры CO 2 , является стоимость. Чем эффективнее были предыдущие мембранные технологии, тем дороже они были.
«Поскольку мы хотели создать коммерчески жизнеспособную технологию, наша технология началась с мембран, которые уже широко используются», — говорит Спонтак. «Затем мы разработали поверхность этих мембран для повышения селективности. И хотя это действительно увеличивает стоимость, мы считаем, что модифицированные мембраны по-прежнему будут рентабельными».
«Наши следующие шаги — увидеть, в какой степени методы, которые мы здесь разработали, можно применить к другим полимерам, чтобы получить сопоставимые или даже превосходящие результаты, а также увеличить масштабы процесса нанопроизводства», — говорит Сандру. «Честно говоря, хотя результаты здесь были не чем иным, как захватывающими, мы еще не пытались оптимизировать этот процесс модификации. В нашей статье сообщается о результатах проверки концепции».
Исследователи также заинтересованы в изучении других приложений, например, может ли новая мембранная технология использоваться в биомедицинских устройствах искусственной вентиляции легких или устройствах фильтрации в секторе аквакультуры.
Исследователи говорят, что они открыты для работы с отраслевыми партнерами в изучении любого из этих вопросов или возможностей, чтобы помочь смягчить глобальное изменение климата и улучшить работу устройства.
Статья опубликована в журнале Science.
