用于工业气体分离的原子厚石墨烯膜

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用于工业气体分离的原子厚石墨烯膜

用纳米多孔碳膜增强的单层纳米多孔石墨烯,用于从甲烷中分离氢。

EPFL的化学工程师首次证明了原子厚的石墨烯膜可以高效分离气体混合物。“最终”膜具有可扩展性,是工业气体分离的突破。

将混合气体(例如空气)分离为单独的组件是一个具有多种工业应用的过程,包括沼气生产,金属加工中的空气富集,从天然气中去除有毒气体以及从氨厂和炼油厂中回收氢气。

气体分离通常使用由聚合物(例如纤维素)或其他材料制成的合成膜进行。近年来,研究转向了许多人所谓的“终极”膜:一层石墨烯,其厚度为单个原子,现已证明是最薄的分子屏障,因此也是最有效的膜,具有优异的性能。持久性与鲁棒性和可伸缩性相结合。

但是,开发石墨烯的进展遇到了两个“瓶颈”:首先,缺乏将分子大小的孔结合到石墨烯层中的方法,其次,缺乏实际制造机械坚固,抗裂和撕裂的方法。自由的大面积膜。

现在,在解决上述两个问题的突破中,EPFL瓦莱州瓦利斯分校的Kumar Varoon Agrawal团队开发了一种大面积的单层石墨烯膜,该膜可以高效分离甲烷中的氢(分离系数高达25)以及空孔率仅为0.025%的前所未有的氢渗透性。

该膜包含纳米孔,以允许氢气透过,称为“气体筛分”。该膜在工业压力和温度(至少高达7 bar和250ºC)下稳定。但更重要的是,该团队能够生产1平方毫米的表面,这比以前的报告要大得多,在以前的报告中,只有几平方微米的表面可以合成而没有裂缝。Agrawal的小组现在正在努力在石墨烯中掺入更高密度的纳米孔,以使石墨烯实现其真正的潜力。

“生产无裂纹石墨烯层的新技术将在实现原子厚石墨烯膜的最终性能方面进行很多工作,这些膜适用于许多重要的化学分离,包括碳捕获,氢回收和纯净饮用水的净化, ” Agrawal说。


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