CO2-selektiva polymerkedjor förankrade på grafen drar effektivt CO2 från en rökgasblandning. Kredit:KV Agrawal (EPFL)
CO 2 produceras från förbränning av fossila bränslen släpps fortfarande mestadels ut i atmosfären, öka belastningen av den globala uppvärmningen. Ett sätt att minska CO 2 nivåerna sker genom kolavskiljning, en kemisk teknik som tar bort CO 2 från utsläpp ("efterförbränning"), hindrar den från att komma in i atmosfären. Den fångade CO 2 kan sedan återvinnas eller lagras i gas- eller flytande form, en process som kallas sekvestrering.
Kolavskiljning kan göras med hjälp av högpresterande membran, som är polymerfilter som specifikt kan plocka ut CO 2 från en blandning av gaser, som de som släpps ut från en fabriks rökkanal. Dessa membran är miljövänliga, de genererar inte avfall, de kan intensifiera kemiska processer, och kan användas på ett decentraliserat sätt. De betraktas nu som en av de mest energieffektiva vägarna för att minska CO 2 utsläpp.
Forskare under ledning av Kumar Varoon Agrawal vid EPFL Valais Wallis har nu utvecklat en ny klass av högpresterande membran som överträffar målen efter förbränning med betydande marginal. Membranen är baserade på enskiktsgrafen med ett selektivt lager som är tunnare än 20 nm, och har en mycket inställbar kemi, vilket innebär att de kan bana väg för nästa generations högpresterande membran för flera kritiska separationer.
Nuvarande membran måste överstiga 1000 gaspermeationsenheter (GPU), och har en CO 2 /N2-separationsfaktor över 20—detta är ett mått på deras kolfångande specificitet. Membranen som EPFL-forskarna utvecklade visar sex gånger högre CO 2 permeans vid 6, 180 GPU:er med en separationsfaktor på 22,5. GPU:erna sköt upp till 11, 790 när forskarna kombinerade optimerad grafenporositet, porstorlek, och funktionella grupper (de kemiska grupper som faktiskt reagerar med CO 2 ), medan andra membran de tillverkade visade separationsfaktorer upp till 57,2.
"Funktionaliserande CO 2 -selektiva polymerkedjor på nanoporös grafen gör att vi kan tillverka nanometertjocka men ändå CO 2 -selektiva membran, " säger Agrawal. "Denna tvådimensionella karaktär hos membranet ökar CO2 drastiskt 2 beständighet, gör membran ännu mer attraktiva för kolavskiljning. Konceptet är mycket generiskt, och ett antal högpresterande gasseparationer är möjliga på detta sätt."
