کربن-محبت مواد طراحی شده برای کاهش تولید گازهای گلخانه ای صنعتی

محققان در دپارتمان انرژی آزمایشگاه ملی اوک ریج و دانشگاه تنسی ناکسویل در حال پیشبرد گاز غشاء مواد به گسترش عملی فن آوری گزینه ها برای کاهش صنعتی کربن تولید گازهای گلخانه ای.

نتایج منتشر شده در شیمی نشان می دهد یک روش برای ساخت غشاء مواد است که می تواند غلبه بر زمان تنگناها در انتخاب و نفوذ پذیری متغیرهای کلیدی که درایو کربن-گرفتن عملکرد در محیط های واقعی.

"اغلب وجود دارد یک تجارت کردن در چه انتخابی و یا چگونه نفوذ پذیر شما می توانید غشاء که فیلتر کردن دی اکسید کربن و بدون اجازه می دهد گازهای دیگر به تصویب از طریق. ایده آل سناریو این است که ایجاد مواد با قابلیت نفوذ پذیری و انتخاب" گفت: Zhenzhen یانگ از دانشگاه تهران را در گروه شیمی.

گاز غشاء هستند امیدوار کننده است اما هنوز هم در حال توسعه فناوری برای کاهش پست-احتراق و یا دودکش گازهای تولید شده توسط فسیلی-سوخت صنایع.

مفهوم ساده است: یک نازک غشاء متخلخل به عنوان یک فیلتر برای گاز اگزوز مخلوط انتخابی اجازه می دهد دی اکسید کربن یا CO2 به جریان از طریق آزادانه به یک جمع که نگه داشته است تحت فشار کاهش می یابد اما جلوگیری از اکسیژن و نیتروژن و گازهای دیگر از برچسب زدن همراه است.

بر خلاف موجود روش شیمیایی برای جذب CO2 از فرآیندهای صنعتی غشاهای بسیار آسان برای نصب است و می تواند به تنهایی برای مدت طولانی بدون مراحل اضافی و یا اضافه شدن هزینه های انرژی است. گرفتن این است که جدید و مقرون به صرفه مواد مورد نیاز برای مقیاس کردن تکنولوژی تجاری برای تصویب.

"گاز غشاهای نیاز به فشار در یک طرف و به طور معمول یک خلاء از طرف دیگر برای حفظ رایگان-جریان در محیط همین دلیل است که مواد انتخابی و نفوذپذیری بسیار مهم است برای توسعه فناوری" گفت: Ilja Popovs از ORNL شیمیایی علوم را بدست آورد. "عملکرد ضعیفی مواد نیاز به انرژی بیشتری برای فشار گازها از طریق سیستم پیشرفته مواد کلیدی برای نگه داشتن هزینه های انرژی پایین است."

هیچ و تنها چند مواد مصنوعی را بیش از آنچه که به نام رابسون حد بالایی یک مرزی شناخته شده است که محدودیتهای چگونه انتخابی و نفوذ پذیر ترین مواد می تواند قبل از این نرخ شروع به رها کردن.

مواد با اندازه کافی انتخابی بالا و نفوذپذیری برای کارآمد گاز جدایی نادر است و اغلب گران قیمت ساخته شده از مواد با شروع تولید که نیاز به هر دو طولانی و خسته کننده سنتز و یا هزینه انتقال فلز کاتالیزور.

"ما مجموعه ای را به آزمون فرضیه که معرفی اتم فلوئور به غشاء مواد می تواند به بهبود کربن-ضبط و جدایی عملکرد" یانگ گفت.

عنصر فلوئور استفاده می شود تا مصرف کننده محصولات مانند تفلون و خمیر دندان ارائه می دهد دی اکسید کربن-philic خواص است که آن را جذاب برای کربن-ضبط برنامه های کاربردی. همچنین به طور گسترده ای در دسترس است و آن را نسبتا مقرون به صرفه گزینه کم هزینه روش ساخت. پژوهش در فلوئوردار گاز غشاء محدود شده است و به دلیل چالش اساسی از ترکیب فلوئور به مواد برای تحقق بخشیدن به آن کربن-دوست داشتن قابلیت های.

"ما اولین گام بود برای ایجاد یک منحصر به فرد فلوئور مبتنی بر پلیمر با استفاده از ساده مواد شیمیایی روش و به صورت تجاری در دسترس شروع مواد" یانگ گفت.

بعدی محققان تبدیل شده و یا کوره مواد با استفاده از حرارت به آن ساختار متخلخل و قابلیت های مورد نیاز برای گرفتن CO2. این فرایند دو مرحله حفظ فلوئوردار گروه و افزایش CO2 در انتخاب نهایی مواد غلبه بر یک مانع اساسی مواجه می شوند در دیگر روشهای مصنوعی.

"رویکرد منجر به دی اکسید کربن-philic مواد با بالا سطح منطقه و فوق العاده میکروسکوپ است که پایدار در دمای بالا و شرایط عملیاتی" یانگ گفت. "همه این عوامل را یک کاندیدای امیدوار کننده برای کربن جذب و جداسازی غشاء."

مواد رمان طراحی منجر به آن استثنایی و عملکرد مشاهده شده در بالا انتخاب و نفوذپذیری نرخ که بیش از رابسون حد بالایی چیزی است که تنها تعداد انگشت شماری از مواد انجام داده اند.

"موفقیت ما بود مواد دستاورد است که نشان می دهد امکان پذیر راه را برای اعمال نفوذ فلوئور در آینده غشاء مواد. ما زمانی به این هدف با استفاده از تجاری در دسترس و ارزان شروع مواد" Popovs گفت.

اساسی کشف گسترش محدود کتابخانه از گزینه های عملی برای کربن-ضبط غشاء و باز می شود دستورالعمل جدید برای توسعه فلوئوردار غشاء با دیگر وظیفه ای خاص و ویژگی های.

محققان هدف بعدی بررسی مکانیسم است که توسط آن فلوئوردار غشاء جذب و حمل و نقل CO2 یک گام اساسی است که اطلاع رسانی خواهد شد طراحی بهتر کربن-سیستم های ضبط با مواد عمد طراحی شده برای گرفتن CO2 تولید گازهای گلخانه ای.

###

مجله مقاله منتشر شده است به عنوان "فراتر رابسون حد بالایی برای CO2/N2 جدایی با فلوئوردار کربن غربال مولکولی غشاء."

این پژوهش با حمایت سازمان حفاظت محیط زیست از علم است.

UT-Battelle مدیریت ORNL برای سازمان حفاظت محیط زیست از علم است. بزرگترین حمایت از تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده از علم است که کار به آدرس برخی از مبرم ترین چالش های زمان ما. برای اطلاعات بیشتر لطفا مراجعه کنید https://www.انرژی.gov/علم.

سلب مسئولیت: AAAS و EurekAlert! مسئول صحت اخبار منتشر شده به EurekAlert! با کمک موسسات و یا برای استفاده از هر گونه اطلاعات از طریق EurekAlert سیستم.