Een internationaal team van onderzoekers heeft ontdekt dat het het vermogen van een bestaand polymeer om selectief koolstofdioxide (CO ₂ ) uit gasmengsels door het materiaal eerst onder te dompelen in vloeibaar water.

"Normaal gesproken, het verbeteren van de doorlaatbaarheid van een gas door een materiaal schaadt de selectiviteit van het materiaal, " zegt Rijke Spontak, co-corresponderende auteur van een paper over het werk en Distinguished Professor of Chemical and Biomolecular Engineering en Professor of Materials Science and Engineering aan de North Carolina State University. "Om dit uit te leggen met behulp van CO ₂ als voorbeeld, hoe gemakkelijker gassen door een materiaal kunnen gaan, hoe minder goed het materiaal gewoonlijk in staat is om CO . te verwijderen ₂ uit een gasmengsel. Het laat de CO . door ₂ , maar het laat ook andere gassen door. Er is een echte afweging bij het ontwerpen van polymeren voor gebruik als gasscheidingsmembranen.

"Het opmerkelijke aan onze bevinding is dat we de CO . van het polymeer drastisch konden verbeteren ₂ permeabiliteit terwijl ook de CO . enigszins wordt verbeterd ₂ selectiviteit. En het proces dat tot deze substantiële verbetering leidde, hield verband met het transformeren van de microstructuur van het membraan op een goedkope en niet-toxische manier - we dompelden het materiaal onder in water."

Polymeermembranen die CO . kunnen uitfilteren ₂ zijn wenselijk voor gebruik in een verscheidenheid aan toepassingen, zoals het verwijderen van CO ₂ uit aardgas en het vastleggen van CO ₂ om de uitstoot van industriële installaties te beperken.

Het polymeer waar het hier om gaat is een thermoplastisch elastomeer dat recyclebaar is, relatief zwaar, en het is aangetoond dat het gewenste eigenschappen heeft voor een breed scala aan hedendaagse technologieën. Voor dit werk, de onderzoekers gingen op zoek naar hoe de morfologie van het materiaal - hoe de moleculaire sequenties die de polymeermoleculen bevatten, ten opzichte van elkaar zijn gerangschikt - de prestaties als een CO beïnvloedt ₂ -selectief membraan.

De permeabiliteit van gassen door polymeren wordt vaak gemeten in Barrer-eenheden. Als het droog is, de permeabiliteit van CO ₂ door het in het papier onderzochte polymeer is minder dan 30 Barrer. Eerder werk dat door leden van het team werd gerapporteerd, had aangetoond dat het opnemen van waterdamp in het voer de CO .-uitstoot kan verbeteren ₂ doorlaatbaarheid, het opvoeren tot zo hoog als 100-190 Barrer bij een relatieve vochtigheid van meer dan 85%.

"Met deze nieuwe resultaten, we hebben aangetoond dat we een doorlaatbaarheid van bijna 500 Barrer kunnen bereiken bij 90% vochtigheid, " zegt Liyuan Deng, Professor of Chemical Engineering aan de Noorse Universiteit voor Wetenschap en Technologie en co-corresponderende auteur van het artikel. "Tegelijkertijd, de selectiviteit van CO ₂ ten opzichte van stikstof (N ₂ ) stijgt tot wel ~60. Ter vergelijking, de beste commerciële polymeermembranen die kunnen worden gebruikt voor CO ₂ capture bezitten een permeabiliteit tot ~200 Barr en een CO ₂ /N ₂ selectiviteit tot ~50. Het is erg belangrijk dat beide prestatiestatistieken tegelijkertijd worden overwogen om concurrerende membranen te bereiken.

"Dit werk demonstreert het potentieel van het polymeer voor gebruik in industriële gasscheidings- en koolstofafvangtechnologieën, met voordelen voor zowel de productie-efficiëntie als de inspanningen om de wereldwijde klimaatverandering te verminderen. Het biedt ook een voorheen onontgonnen en gemakkelijke route om de morfologie van een polymeermembraan te transformeren en een enorme verbetering van de gastransporteigenschappen te bereiken."

De krant, "Zeer CO2-doorlatende membranen afgeleid van een midblock-gesulfoneerd multiblokpolymeer na onderdompeling in water, " is gepubliceerd in het tijdschrift NPG Azië-materialen .