Las nanomembranas independientes y mecánicamente fuertes compuestas de dos capas poliméricas demostraron una separación superior del dióxido de carbono del nitrógeno. Como reveló el estudio, la superficie de la membrana compuesta jugó un papel crucial para lograr la selectividad del CO2. La capa de interfaz compuesta por los polímeros de la capa de canalón interpenetrada (PDMS) y la capa selectiva ultrafina (Pebax-1657) se controló convenientemente mediante tratamiento con plasma de oxígeno de PDMS. El descubrimiento proporciona nuevos conocimientos sobre el rendimiento de los materiales en la región de espesores a nanoescala. Crédito:Roman Selyanchyn, I2CNER, Universidad de Kyushu
La degradación climática provocada por el dióxido de carbono (CO 2 ) la emisión a la atmósfera es un importante problema existencial al que se enfrenta la humanidad. La solución más aceptable sería la terminación completa del uso de combustibles fósiles, o al menos una rápida reducción de su uso en todos los países, de acuerdo con el acuerdo de París. Esto asegurará que el calentamiento planetario esté limitado en 2 grados C. Las reducciones de emisiones son lentas, sin embargo, y es poco probable que la mayoría de los países alcancen los objetivos del acuerdo.
Soluciones tecnológicas para CO masivo 2 Por lo tanto, la prevención de emisiones es una necesidad fundamental. Algunas tecnologías para CO 2 capturar, por ejemplo, sorción por aminas químicas líquidas, ya están lo suficientemente maduros para ser aplicados a escala. Sin embargo, Son costosos y vienen con una carga de eliminación de químicos tóxicos una vez que pierden su CO 2 propiedad vinculante. Por tanto, las tecnologías alternativas son de gran importancia.
La separación de gases con la ayuda de membranas está emergiendo como una tecnología clave para el establecimiento de una sociedad sostenible. El amplio despliegue de membranas puede ayudar a capturar grandes cantidades de dióxido de carbono emitido en procesos industriales. A diferencia del CO convencional 2 capturar, La separación de gases con membranas promete rentabilidad. Sin embargo, para lograr CO económico 2 captura a escala masiva, las membranas necesitan varias características críticas:CO2 rápido 2 transporte a través de su estructura; alto CO 2 selectividad (es decir, ser una barrera menos permeable para otros gases); Resistencia mecánica y resistencia química. Adicionalmente, las membranas deben estar compuestas de materiales que sean económicos en la producción en masa, por lo que los polímeros orgánicos (plásticos y cauchos convencionales) son los más atractivos para aplicaciones industriales.
Los compuestos de película delgada representan una arquitectura específica de membranas para proporcionar una estructura robusta para aplicaciones industriales. Estas membranas, que contienen múltiples capas funcionales (hechas de polímeros orgánicos), ofrecen una buena solución para CO a gran escala 2 capturar. Sin embargo, incluso los polímeros orgánicos de referencia con el mejor rendimiento de separación (alto contenido de CO 2 permeabilidad y alto CO 2 /NORTE 2 selectividad) todavía no presentan un rendimiento de separación satisfactorio debido a su incapacidad para formar membranas sin defectos y mecánicamente estables.
En un nuevo estudio, Los investigadores informan por primera vez cómo, en última instancia, se pueden utilizar capas selectivas delgadas con un grosor de varios nanómetros para lograr las propiedades de separación deseadas. Utilizaron polímeros bien conocidos para el estudio:amida de bloque de poliéter (Pebax-1657) como capa selectiva y polidimetilsiloxano (PDMS) como capa de canalón. Examinaron lo que sucede con la propiedad de separación de gases cuando el grosor de la capa selectiva se empuja al extremo de varios nanómetros. Informan que cuando una capa selectiva de membranas de separación se vuelve muy delgada, puede formar una interfaz específica con la capa de canalón en una estructura compuesta. Esta interfaz a nanoescala entregó una selectividad inesperadamente alta hacia el CO 2 . El tratamiento con plasma suave y ultracorto de la capa hidrófoba de PDMS que se necesita para promover la adhesión con la capa selectiva hidrófila se reveló como una herramienta para controlar y ajustar la actividad de la interfaz molecular entre dos polímeros.
Descubrieron que esta interfaz tuvo un impacto determinante en el CO 2 selectividad. Junto con las altas tasas de permeación que permiten el bajo espesor, las membranas encajan perfectamente en el área de las propiedades de separación necesarias para el CO industrial 2 capturar (por ejemplo, captura posterior a la combustión en centrales eléctricas de combustibles fósiles). Estos resultados abren un área nueva e inexplorada de separación de gases gobernada por interfaces que los ingenieros pueden utilizar para diseñar membranas más eficientes para una variedad de aplicaciones útiles.
