Selektiv grafen membran kan stärka carbon capture-teknik

0
27

Konceptet visar löfte som ett sätt att kringgå den energi påföljder av många industriella separationer

Källa: © Kumar Agrawal/EPFL

Forskarna har gjort polymer-functionalised enda lager grafen membran som överträffar postcombustion avskiljning mål

Forskare har utvecklat membran som separerar koldioxiden från kväve. Membranen har en porös grafen inredda med polymerer och använda interaktioner mellan polymerer och koldioxid för att skapa ett system som kan selektivt filter koldioxid ur rökgaserna.

Avskiljning och lagring av koldioxid är en av de mest lovande strategier för att begränsa effekterna av koldioxidutsläpp. Några industriella anläggningar som redan fånga koldioxid med hjälp av amin sorbenter, där värme skapar aminer och tar bort koldioxid – men denna process är energikrävande.

Nu, forskare under ledning av Kumar Agrawal vid Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL) har utformat en polymer-functionalised grafen membran som kan konkurrera med branschens nuvarande strategi och presentera en mer energieffektiv metod för att filtrera koldioxid från industriella utsläpp. “Vi utformade membranet och samtidigt optimera två aspekter som är viktiga för separation: den selektiva tjocklek och affinitet för koldioxid, säger Argawal.

Till skillnad från sorbenter, membran fungerar i ett stabilt tillstånd. Koldioxid i rökgaserna pumpas på membranet interagerar med polymerer på ytan. Detta samspel bygga upp en högre koncentration av koldioxid än kväve vid gränssnittet och den koncentration som orsakar skillnaden koldioxid att passera genom membranet porer. “På ett sätt vi är regenererande det automatiskt,” förklarar Argawal.

Membranen, som är mycket tunnare än de befintliga membran, har en selektivitet 22.5 och permeance av 6180 gas permeation enheter (GPU), som överstiger det mål på 20 och 1000 GPU anges av US Department of Energy. Detta innebär att membranet block 96% av kvävet i rökgasen, men ändå släpper igenom en liten mängd för att säkerställa dess porer som inte är blockerat av kväve, som håller koldioxid filtrering genom snabbt.

“Den mest slagkraftiga aspekt är utarbetandet av hög kvalitet prover av single layer-porösa grafen-polymer hybrid membran,” kommentarer Sankar Nair, som forskar om användningen av nanoporous membran i förnybar och ren energi vid Georgia Institute of Technology, USA. Praktiska storskaliga tillämpningar kan ha en längre väg att gå.’

Medan laget har bara gjort centimeter-stora versioner av sina membran, Agrawal säger att de i slutändan kan ändra carbon capture-teknik, liksom andra industriella separationer. “Om du kan göra det för koldioxid och kväve, kan du göra det för varje molekyl.’

Referenser

Denna artikel är öppen tillgång

G Han et al, Energi, Miljö. Sci., 2019, DOI: 10.1039/c9ee01238a