Forskare från Graphene Flagship övervann den teoretiska begränsande prestandan hos membran vid gasseparation. Denna samarbetsforskning från Graphene Flagship partners CNR, University of Bologna och Graphene-XT har potentiella tillämpningar inom vätgasrening och kolavskiljning och lagring.

Polymerbaserade membran för gasseparation har en avvägning mellan hög gaspermeabilitet och hög gasselektivitet, den så kallade Robeson övre gränsen. Genom att kombinera enskilda grafenoxidark med polymera distanser, i en sandwichformad struktur, Forskare från Graphene Flagship har kunnat övervinna sådana gränser, separera gas snabbt och effektivt.

Fokuserar på att producera en gasavskiljningsanordning som är användbar för kolavskiljning och -lagring, forskarna utarbetade ett protokoll för att separera CO2 från H2. Väteproduktion, både från naturgas eller vid förgasning av flytande eller fasta bränslen, åtföljs ofta av bildandet av en betydande mängd CO2, som måste avlägsnas innan gasen används. Effektiv separation av koldioxid har större potential att fånga upp denna växthusgas.

Med hjälp av en bottom -up -metod, forskarna deponerade alternerade lager av grafenoxid och en polymerpoly (etylenimin) - PEI, använder en självmonteringsmetod, för att göra gasseparationsmembranet. Genom att använda grafenoxid, (ett vattenlösligt grafenmaterial på grund av dess oxiderade natur), laget kunde deponera enskilda grafenoxidskikt åtskilda av PEI.

Djupet av PEI -skiktet som fungerar som en distans mellan grafenoxidlagren befanns vara mycket viktigt för att garantera högt gasflöde genom membranet. Detta separationssystem innehåller därför ett skiktat material och ett ultratunt polymerskikt med en tjocklek av cirka tvåanometer. Grafenoxidarken tvingar de gasformiga molekylerna att sprida en torturös väg inom PEI -kedjorna.

"Genom att byta från det tredimensionella standardmembranet till en skiktad polymerstruktur uppnådde vi gasseparation över Robeson-gränsen i ett membran som bara var 100 nm tjockt, "sade professor Vincenzo Palermo, koordinator för teamet som utför denna forskning och vice direktör för Graphene Flagship.

Viktigt, det visade sig också att dessa membraners permeabilitet för olika gaser beror starkt på gasmolekylernas diameter. Detta ger membranet en unik selektivitet som så småningom ger gasseparationstekniken både avstämbar permeabilitet och hög selektivitet samt potential att användas i stor skala. Den ökade funktionaliteten för de billiga PEI -filmerna gör dessa gasseparationsmembran mycket attraktiva för applikationer.

"Genom vårt samarbete med University of Bologna och Graphene-XT inom flaggskeppet, vi har kunnat bedöma den skalbara karaktären av denna forskning i industrianläggningar för att separera gaser, sa Palermo.

"Författarna tar till en ny nivå begreppet tvådimensionella kompositstrukturer. De lyckades producera periodiska staplar av skiktade material och endimensionella polymerer, på stora ytor, med svaga elektrostatiska krafter. På detta sätt observerar de en gasgenomsläppningsprocess som skiljer sig mycket från vad som observeras i "klassiska" staplar av tvådimensionella nanoskikt, "sa Xinliang Feng, ledare för Graphene Flagship's Functional Foam and Coatings Work-Package, "Detta arbete visar kraften och mångsidigheten hos kemiska metoder för att bygga komplexa strukturer; anmärkningsvärt, det kommer också från ett samarbete mellan Functional Foam and Coatings Work-Package-partner med en partner SME som stöder våra spjutspetsprojekt. "

Professor Andrea C. Ferrari, Vetenskaps- och teknikchef för Graphene Flagship, och ordförande för dess ledningsgrupp, tillade "Detta är ett annat exempel på hur Graphene Flagship kan kombinera forskningens framkant med praktiska tillämpningar. Potentialen för grafen och relaterade material inom membranteknologi erkändes tidigt, och detta arbete ger det ett steg närmare utbredda applikationer. "