Исследователи эффективно применяют графен в разделении газа

Графен. Флагманским ученым удалось преодолеть теоретические предельные характеристики мембран при разделении газов. Это совместное исследование партнеров Graphene Flagship CNR, Университета Болоньи и Graphene-XT имеет возможные применения в улавливании и хранении углерода, а также в водоочистке.

Схематическое представление структуры материала с молекулами PEI, ограниченное между нанографами графенового оксида. (Image credit: ACS)

На мембранах на полимерной основе для разделения газа имеется компромисс между высокой селективностью по газу и высокой газопроницаемостью, так называемой верхней границей Робесона. Объединив отдельные листы из графенового оксида с полимерными прокладками, в структуре сэндвич-стиля команда Графенского флагмана сумела преодолеть такое ограничение, эффективно и быстро отделяя газ.

. Сосредоточив внимание на создании устройства разделения газа, полезного для улавливания и хранения углерода, ученые разработали протокол для отделения СО 2 от H 2 . Добыча водорода как из природного газа, так и при газификации твердого или жидкого топлива часто сопровождается созданием значительного количества СО 2 которое необходимо исключить до использования газа. Эффективное разделение СО 2 имеет больше возможностей для улавливания этого парникового газа.

Используя метод «снизу вверх», ученые поместили чередующиеся слои оксида графена и полимерного поли (этиленимина)-PEI с использованием метода самосборки для образования газоразделительной мембраны. Используя оксид графена (водорастворимый графеновый материал из-за его окисленной природы), исследователи смогли разместить отдельные слои оксида графена, разделенные PEI.

Глубина слоя PEI, служащего в качестве разделителя между слоями оксида графена, оказалась чрезвычайно важной для обеспечения высокого потока газа через мембрану. Таким образом, эта система разделения содержит слоистый материал и ультратонкий полимерный слой толщиной около 2 нм. Листы из графенового оксида заставляют газообразные молекулы диффундировать мучительный путь внутри цепей PEI.

«Переходя от стандартной трехмерной мембраны к слоистой полимерной структуре, мы достигли разделения газа по пределу Робесона в мембране толщиной всего 100 нм», – сказал профессор Винченцо Палермо, координатор команды выполнив это исследование и вице-директор Графенского флагмана.

Примечательно, что было также обнаружено, что проницаемость этих мембран для различных газов зависит от диаметра молекул газа. Это дает мембране исключительную селективность, которая в конечном итоге обеспечивает метод разделения газа с настраиваемой проницаемостью и высокой селективностью, а также потенциал, который будет использоваться в больших масштабах. Повышенная функциональность для экономичных пленок PEI делает эти газоразделительные мембраны очень привлекательными для применения.

« Благодаря нашему сотрудничеству с Университетом Болоньи и Графен-ХТ в рамках флагмана мы смогли оценить масштабируемость этого исследования на промышленных предприятиях, чтобы отделить газы», ​​- сказал Палермо. [1945902]

" Авторы вывели на новый уровень концепцию двумерных композиционных структур. Им удалось создать периодические стопки слоистых материалов и одномерные полимеры на больших площадях с использованием слабых электростатических сил. Таким образом, они наблюдают процесс газопроницаемости, значительно отличающийся от того, что наблюдается в «классических» стопках двумерных наносетей », – сказал Синьлян Фэн, лидер функционального пенопласта и покрытий Графенского флагмана,« Эта работа демонстрирует мощь и универсальность химических подходов к построению сложных структур; Примечательно, что это также связано с сотрудничеством партнеров по функциональным пенам и покрытиям с партнерским SME, поддерживающим наши проекты для стрельбы ».

Профессор Андреа С. Феррари, научный сотрудник и технический директор Графенского флагмана и председатель его группы управления, добавил: « Это еще один пример того, как флагман Графен может сочетать передний край исследований с практическими приложениями. Потенциал графена и связанных с ним материалов в мембранной технологии был признан на ранней стадии, и эта работа приближает его к широко распространенным применениям ».

Source link