UNSW-onderzoekers hebben laten zien hoe een nieuwe klasse goedkope op grafeen gebaseerde membranen - een type filter dat wordt gebruikt in industriële sectoren die enorme gemengde afvalgassen genereren, zoals vast plastic afval, bioafval of afvalwater—kan selectief worden afgestemd om verschillende gassen uit gasvormige mengsels te scheiden.

Het team, geleid door Dr. Rakesh Joshi in UNSW Science, hoopt dat op het spoor, ze kunnen deze filters gebruiken om gassen te scheiden en op te vangen die als afval worden beschouwd, en daardoor de manier waarop we afvalgasbronnen gebruiken te verbeteren.

De krant, deze maand gepubliceerd in Geavanceerde materialen , schetst bevindingen die in het laboratorium zijn gedaan, op een prototype. Nu willen de onderzoekers het filter verder ontwikkelen om het beschikbaar te maken voor de industrie.

specifiek, het team bestudeerde grafeenoxidefilters die - in tegenstelling tot alle andere huidige filters - ijzer bevatten.

"Grafeen, een dunne laag koolstofatomen die zich vormt in een honingraatpatroon, wordt beschouwd als een wondermateriaal dat sterker is dan staal. In dit werkstuk we hebben in wezen ijzer opgenomen in grafeenoxidefilters, profiteren van het feit dat deze membranen ultradun zijn, " zegt hoofdonderzoeker Dr. Rakesh Joshi.

"We ontdekten dat dit het vermogen van grafeenoxide om gas te transporteren verbeterde. Het bleek dat het toevoegen van het ijzer - wat we een overgangsmetaal noemen - aan grafeenoxidemembranen ons in staat stelde om verschillende gassen effectiever te scheiden dan met andere soorten filters.

"Vooral, het materiaal was geweldig in het verbeteren van de doorlaatbaarheid - dat wil zeggen, hoe snel een gasmolecuul door het filter wordt getransporteerd - en selectiviteit, die aangeeft hoe efficiënt het gas tijdens het transport van het mengsel wordt gescheiden. In feite, ons filter heeft een ongeëvenaarde selectiviteit."

Kooldioxide scheiden van stikstof

De onderzoekers zeggen dat het filter dat in dit artikel wordt beschreven hen ook in staat stelde waardevolle hulpbronnen terug te winnen door selectief koolstofdioxide te scheiden van stikstof.

"Zeer gezuiverde stikstof wordt veel gebruikt bij de verwerking van materialen, bijvoorbeeld in de productie van halfgeleiders, maar ook in elektronische, synthetisch, en medische industrieën, " zegt Xioheng Jin, de eerste auteur van het artikel.

"Kooldioxide is een van de meest conventionele onzuiverheden in gasproducten. Meest gangbare methoden om CO . te verwijderen ₂ produceren vaak gevaarlijke chemicaliën, en de scheiding van CO ₂ uit stikstof heeft een aanzienlijke industriële waarde, speciaal voor broeikasmitigatie van rookgassen, bijv. het verbrandingsuitlaatgas dat in elektriciteitscentrales wordt geproduceerd - dat was een uitdaging met behulp van bestaande technologieën."

Gezien de veelbelovende resultaten, de onderzoekers hopen dat hun bevindingen zullen leiden tot nieuwe wegen om koolstofdioxide efficiënt te scheiden van stikstof en andere gassen en hen te helpen nieuwe oplossingen voor de industrie te ontwikkelen die deze nieuwe klasse filters voor allerlei toepassingen gebruiken.

"Deze bevinding biedt een nieuwe kans voor de toepassing van op grafeen gebaseerde materialen in de gaszuiveringsindustrie, bijvoorbeeld, in gevallen waar afval vaste stoffen of afvalvloeistoffen giftige gasmengsels genereren, " zegt Tobias Foller, co-auteur van het artikel.

"We denken dat het filter de potentie heeft om een ​​revolutie teweeg te brengen in de gasscheidingsindustrie. we hopen dat onze bevindingen Australië helpen een groenere samenleving en een leefbare omgeving te bereiken."

Hoe zit het met andere metalen?

Het team wil nu hetzelfde principe testen met andere soorten metalen.

"Er zijn enorme mogelijkheden voor alle andere niet onderzochte overgangsmetalen die kunnen worden geïmplanteerd in op grafeen gebaseerde structuren en opwindende gasscheidingseigenschappen bieden, ' zegt Xioheng-Jin.

in 2018, Het team van Dr. Joshi heeft ook met succes een op grafeen gebaseerd, filter op laboratoriumschaal die meer dan 99% van de alomtegenwoordige natuurlijke organische stof kan verwijderen die achterblijft tijdens de conventionele behandeling van drinkwater.