Naukowcy opracowali membranę z możliwością transformacji fazowej, która skutecznie oddziela gazy takie jak CO2 i H2 poprzez przechodzenie między stanami ciekłym, szklanym i krystalicznym.
Ta innowacyjna technologia, wykorzystująca wielościany metaloorganiczne i glikol polietylenowy, zapewnia zwiększoną selektywność i przepuszczalność, potencjalnie przekształcając przemysłową separację gazów w celu ochrony środowiska i produkcji czystej energii.
Wyzwania związane z separacją gazów
Przemysłowa separacja gazów ma kluczowe znaczenie dla rozwoju czystej energii i ochrony środowiska, wymaga jednak materiałów, które są zarówno wydajne, jak i elastyczne. Obecne materiały nie mają wystarczającej zdolności do selektywnego oddzielania gazów, takich jak dwutlenek węgla (CO2) i wodór (H2) bez znacznych kosztów energii. Aby sprostać temu wyzwaniu, naukowcy z Instytutu Zintegrowanych Nauk o Materiałach Komórkowych (WPI-iCeMS) Uniwersytetu w Kioto i Wydziału Inżynierii Chemicznej Narodowego Uniwersytetu Tajwańskiego opracowali przełomową membranę z transformacją fazową, która może spełnić te wymagania.
Postęp w technologii membran
Ta innowacyjna membrana łączy wielościany metaloorganiczne (MOP) z łańcuchami glikolu polietylenowego (PEG). Profesor Shuhei Furukawa z Uniwersytetu w Kioto, który kierował zespołem, wyjaśnia: „Tradycyjne membrany stałe są skuteczne, ale mają ograniczoną elastyczność, co utrudnia ich skuteczność w warunkach przemysłowych”. Jednakże opracowane przez zespół porowate materiały ulegające przemianie fazowej można precyzyjnie dostroić pod kątem przepuszczalności gazu i selektywności, zmieniając stan fizyczny materiału. Dzięki kontroli temperatury membrana może przechodzić ze stanu ciekłego, szklanego i krystalicznego, dopasowując swoją przepuszczalność i selektywność do określonych gazów oraz zwiększając wydajność.
Wzmocnienie CO2 Wychwytywanie i oczyszczanie wodoru
Faza ciekła membrany jest szczególnie skuteczna w przypadku CO2 schwytać. W tym stanie wykazuje wysoką przepuszczalność i selektywność, umożliwiając wychwytywanie CO2 efektywnie z mieszaniny wodoru i potencjalnie zmniejszyć zużycie energii w procesach wychwytywania. Ta cecha stawia go jako obiecujące rozwiązanie w zakresie redukcji CO w przemyśle2 emisji gazów cieplarnianych oraz wspieranie produkcji czystej energii poprzez oczyszczanie wodoru.
Wszechstronność tej membrany z przemianą fazową otwiera nowe możliwości dostosowywanej separacji gazów. Zespół przewiduje szereg zastosowań, w których membranę można dostosować do określonych warunków, starannie dobierając struktury MOP i polimery w celu precyzyjnego dostosowania jej właściwości. Ta zdolność adaptacji mogłaby umożliwić przemysłowi selektywne ukierunkowanie na różne gazy w różnych warunkach środowiskowych.
Skalowanie w górę i szersze zastosowania
„Kolejnym wyzwaniem jest zwiększenie skali produkcji, aby umożliwić zastosowanie tej technologii membranowej w zastosowaniach na dużą skalę” – mówi profesor Dun-Yen Kang z National Taiwan University. Zespół bada także kombinacje MOP i polimerów, aby poszerzyć zakres gazów, które można skutecznie oddzielić. Dzięki dalszemu rozwojowi ta innowacyjna membrana może stać się kamieniem węgielnym rozwiązań w zakresie zrównoważonej energii, pomagając przemysłom w spełnianiu standardów środowiskowych przy jednoczesnej poprawie wydajności.
Odniesienie: „Przekształcane fazowo wielościany metaloorganiczne do przetwarzania membranowego i przełączalnej separacji gazów” 13 listopada 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-53560-3
