石墨烯在气体分离方面大获成功

  • A+


用PEI分子限制在氧化石墨烯纳米片之间的材料结构的示意图。

石墨烯旗舰研究人员克服了膜在气体分离中的理论极限性能。这项来自Graphene Flagship合作伙伴CNR,博洛尼亚大学和Graphene-XT的合作研究在氢纯化以及碳捕获和储存方面具有潜在的应用。


用于气体分离的基于聚合物的膜在高气体渗透率和高气体选择性之间进行权衡,即所谓的Robeson上限。通过将单个的氧化石墨烯片与聚合物垫片结合在一起,形成三明治式结构,石墨烯旗舰研究人员已经能够克服这一限制,从而快速有效地分离气体。

研究人员专注于生产可用于碳捕获和储存的气体分离装置,研究人员设计了一种从H2中分离出CO2的方案。无论是从天然气还是在液态或固态燃料的气化中制氢,通常都伴随着大量二氧化碳的形成,需要在使用该气体之前将其除去。有效分离二氧化碳具有捕获这种温室气体的更大潜力。

研究人员采用自下而上的方法,通过自组装方法,交替沉积了氧化石墨烯和聚合物聚(乙烯亚胺)-PEI的交替层,制成了气体分离膜。通过使用氧化石墨烯(由于其氧化性质,水溶性石墨烯材料),该团队能够沉积由PEI分隔的各个氧化石墨烯层。

发现PEI层充当氧化石墨烯层之间的隔离层的深度对于确保通过膜的高气体通量至关重要。因此,该分离系统包含层状材料和厚度约为2纳米的超薄聚合物层。所述石墨烯氧化物片迫使气态分子到PEI链内扩散一曲折路径。

“通过从标准的三维膜转换为层状聚合物结构,我们在厚度仅为100nm的膜中实现了超过Robeson极限的气体分离,”执行这项研究的团队协调员,石墨烯副主任Vincenzo Palermo教授说。旗舰。

重要的是,还发现这些膜对不同气体的渗透性很大程度上取决于气体分子的直径。这为膜提供了独特的选择性,最终为气体分离技术提供了可调节的渗透性和高选择性,以及大规模使用的潜力。廉价的PEI膜的功能增强,使得这些气体分离膜对应用非常有吸引力。

“通过与旗舰公司博洛尼亚大学和Graphene-XT的合作,我们已经能够评估这项研究在工业装置中可扩展性,以分离气体,”巴勒莫说。

“作者将二维复合材料结构的概念提高到一个新的水平。他们设法利用弱的静电力在大面积上产生周期性的层状材料和一维聚合物堆叠。通过这种方式,他们观察到了气体渗透过程石墨烯旗舰产品的功能性泡沫和涂料工作包的负责人冯新亮说:“与二维纳米片的“经典”堆叠中观察到的情况有很大不同,该研究表明了化学方法构建复杂结构的能力和多功能性。结构;值得注意的是,它还来自功能泡沫和涂料工作包合作伙伴与支持我们的先锋项目的中小型企业合作伙伴的合作。”

石墨烯旗舰产品的科学技术官兼管理小组主席Andrea C. Ferrari教授补充说:“这是石墨烯旗舰产品如何将前沿研究与实际应用相结合的另一个例子。石墨烯及其相关材料的潜力膜技术中的材料早已得到认可,这项工作使它更接近于广泛的应用。”


weinxin
我的微信
关注我了解更多内容

发表评论

目前评论: