Kredit:NC State
Ett internationellt team av forskare har funnit att det avsevärt kan öka en befintlig polymers förmåga att selektivt ta bort koldioxid (CO 2 ) ur gasblandningar genom att först sänka materialet i flytande vatten.
"I vanliga fall, att förbättra permeabiliteten för en gas genom ett material försämrar materialets selektivitet, " säger Rich Spontak, motsvarande författare till en artikel om arbetet och framstående professor i kemi- och biomolekylär teknik och professor i materialvetenskap och teknik vid North Carolina State University. "För att förklara detta med hjälp av CO 2 som ett exempel, desto lättare kan gaser passera genom ett material, desto mindre kan materialet vanligtvis ta bort CO 2 från en gasblandning. Den släpper igenom CO 2 , men den släpper igenom andra gaser också. Det finns en verklig avvägning när man konstruerar polymerer för användning som gasseparationsmembran.
"Det som är anmärkningsvärt med vårt fynd är att vi kunde drastiskt förbättra polymerens CO 2 permeabilitet samtidigt som det förbättrar dess CO något 2 selektivitet. Och processen som ledde till denna avsevärda förbättring var relaterad till att transformera membranets mikrostruktur på ett billigt och giftfritt sätt - vi sänkte materialet i vatten."
Polymermembran som kan filtrera bort CO 2 är önskvärda för användning i en mängd olika applikationer, som att ta bort CO 2 från naturgas och bindning av CO 2 för att begränsa utsläppen från industrianläggningar.
Polymeren i fråga här är en termoplastisk elastomer som är återvinningsbar, relativt tuff, och har visat sig ha önskvärda egenskaper för ett brett utbud av samtida teknologier. För detta arbete, forskarna försökte se hur materialets morfologi – hur de molekylära sekvenserna som består av polymermolekylerna är ordnade i förhållande till varandra – påverkar dess prestanda som en CO 2 -selektivt membran.
Permeabiliteten för gaser genom polymerer mäts ofta i Barrer-enheter. När det är torrt, permeabiliteten av CO 2 genom polymeren som undersökts i papperet är mindre än 30 Barrer. Tidigare arbete som rapporterats av medlemmar i teamet hade visat att införande av vattenånga i fodret kan förbättra CO 2 permeabilitet, öka den till så högt som 100-190 Barrer vid relativ luftfuktighet över 85 %.
"Med dessa nya resultat, vi har visat att vi kan nå en permeabilitet på nästan 500 Barrer vid 90 % luftfuktighet, " säger Liyuan Deng, Professor i kemiteknik vid Norges teknisk-naturvetenskapliga universitet och medförfattare till artikeln. "På samma gång, selektiviteten för CO 2 i förhållande till kväve (N 2 ) ökar till så högt som ~60. För jämförelse, de bästa kommersiella polymermembranen som kan användas för CO 2 fångst har en permeabilitet upp till ~200 Barrer och en CO 2 /N 2 selektivitet upp till ~50. Det är mycket viktigt att båda dessa prestandamått beaktas samtidigt för att uppnå konkurrenskraftiga membran.
"Detta arbete visar polymerens potential för användning i industriell gasseparation och kolavskiljningsteknik, med fördelar för både tillverkningseffektivitet och insatser för att mildra globala klimatförändringar. Det ger också en tidigare outforskad och enkel väg för att transformera morfologin hos ett polymermembran och uppnå enorma förbättringar av gastransportegenskaper."
Pappret, "Mycket CO2-permeabla membran härledda från en mittblock-sulfonerad multiblockpolymer efter nedsänkning i vatten, " publiceras i tidskriften NPG Asia Materials .
