Una imagen de microscopio electrónico de barrido, izquierda, y una imagen de microscopio electrónico de transmisión de alta resolución muestra un muestra de carbono poroso que contiene azufre. El material creado en la Universidad de Rice se puede ajustar para equilibrar el secuestro de dióxido de carbono y la selectividad del metano. Crédito:Barron Research Group / Rice University
Los productores de gas natural quieren extraer todo el metano que puedan de un pozo mientras secuestran la mayor cantidad de dióxido de carbono posible. y podría utilizar filtros que optimicen la captura de carbono o el flujo de metano. Ningún filtro hará ambas cosas, pero gracias a los científicos de la Universidad de Rice, ahora saben cómo ajustar los sorbentes a sus necesidades.
Los ajustes sutiles en la fabricación de un absorbente de carbono a base de polímero lo convierten en el material más conocido, ya sea para capturar el gas de efecto invernadero o para equilibrar la captura de carbono con la selectividad del metano. según el químico de Rice, Andrew Barron.
Los detalles se encuentran en un artículo publicado este mes por el científico investigador de Barron y Rice, Saunab Ghosh, en la revista Royal Society of Chemistry. Energía y combustibles sostenibles .
"El desafío es capturar la mayor cantidad de carbono posible mientras se permite que el metano fluya a las presiones típicas de boca de pozo, ", Dijo Barron." Hemos definido los parámetros en un mapa que le da a la industria el mejor conjunto de opciones hasta la fecha ".
El trabajo anterior del laboratorio determinó que los filtros de carbón maximizaban su capacidad de captura con un área de superficie de 2, 800 metros cuadrados por gramo y un volumen de poros de 1,35 centímetros cúbicos por gramo. También descubrieron que el mejor material de captura de carbono no lograba la mejor compensación entre la selectividad del carbono y el metano. Con el nuevo trabajo, saben afinar el material para uno u otro, Dijo Barron.
"El enfoque tradicional ha sido hacer materiales con un volumen de poros cada vez mayor y relacionar esto con un mejor adsorbente; sin embargo, parece ser un poco más sutil, " él dijo.
El gráfico de la izquierda muestra la dependencia de la absorción de dióxido de carbono a diversas presiones del potasio, oxígeno e hidrógeno (KOH) -to-polímero (politiofeno, o Pth) relación de peso para los sorbentes activados a 700 grados Celsius por investigadores de la Universidad de Rice. A la derecha, el gráfico determina la absorción equilibrando el volumen total de poros y la relación de KOH a Pth. Los investigadores encontraron que los poros más pequeños retienen más dióxido de carbono, mientras que los poros más grandes equilibran la absorción y la selectividad del metano. Crédito:Saunab Ghosh / Rice University
El laboratorio fabricó sus últimos filtros calentando un precursor de polímero y luego tratándolo con un reactivo de activación química de potasio. oxígeno e hidrógeno, también conocido como KOH. Cuando el polímero se cuece con KOH a temperaturas superiores a 500 grados Celsius (932 grados Fahrenheit), se convierte en un filtro muy poroso, lleno de canales a nanoescala que pueden atrapar carbono.
La relación de KOH a polímero durante el procesamiento resultó ser el factor crítico para determinar las características del filtro final. Hacer filtros con una proporción de 3 a 1 de KOH a polímero le dio un área de superficie de 2, 700 metros cuadrados por gramo y absorción maximizada de dióxido de carbono bajo presiones de 5 a 30 bar. (Una barra es un poco menos que la presión atmosférica promedio al nivel del mar).
Los filtros fabricados con una proporción de 2 a 1 de KOH a polímero tenían menos área de superficie:2, 200 metros cuadrados por gramo y menor volumen de poros. Eso resultó en la combinación óptima de absorción de dióxido de carbono y selectividad de metano.
El tamaño de los poros también fue crítico. Los filtros con máxima absorción de carbono tenían la mayor fracción de poros menores de 2 nanómetros. Los poros más grandes fueron mejores para la selectividad del metano.
"Parece que el volumen total de poros es menos importante que la cantidad relativa de poros en tamaños específicos, ", Dijo Barron." Nuestro objetivo era crear una guía para que los investigadores y la industria diseñen mejores materiales.
"Estos materiales no solo se pueden utilizar para la separación de dióxido de carbono del gas natural, pero también son modelos para el secuestro de dióxido de carbono en un recurso natural. Esta es la dirección futura de nuestra investigación ".
