Un nuevo sistema desarrollado por ingenieros químicos del MIT podría proporcionar una forma de eliminar continuamente el dióxido de carbono de una corriente de gases residuales. o incluso desde el aire. El componente clave es una membrana asistida electroquímicamente cuya permeabilidad al gas se puede encender y apagar a voluntad, sin utilizar partes móviles y con relativamente poca energía.

Las membranas mismas, hecho de óxido de aluminio anodizado, tienen una estructura en forma de panal de abejas formada por aberturas hexagonales que permiten que las moléculas de gas entren y salgan cuando están en estado abierto. Sin embargo, El paso de gas se puede bloquear cuando se deposita eléctricamente una fina capa de metal para cubrir los poros de la membrana. El trabajo se describe en la revista Avances de la ciencia , en un artículo del profesor T. Alan Hatton, postdoctorado Yayuan Liu, y otros cuatro.

Este nuevo mecanismo de "compuerta de gas" podría aplicarse a la eliminación continua de dióxido de carbono de una variedad de corrientes de escape industriales y del aire ambiente. dice el equipo. Han construido un dispositivo de prueba de concepto para mostrar este proceso en acción.

El dispositivo utiliza un material absorbente de carbón activo redox, intercalado entre dos membranas de control de gas conmutables. El sorbente y las membranas de compuerta están en estrecho contacto entre sí y se sumergen en un electrolito orgánico para proporcionar un medio para que los iones de zinc se muevan de un lado a otro. Estas dos membranas de puerta se pueden abrir o cerrar eléctricamente cambiando la polaridad de un voltaje entre ellas, haciendo que los iones de zinc se desplacen de un lado al otro. Los iones bloquean simultáneamente un lado, formando una película metálica sobre él, mientras abre el otro, disolviendo su película.

Cuando la capa absorbente está abierta hacia el lado por donde fluyen los gases residuales, el material absorbe fácilmente el dióxido de carbono hasta que alcanza su capacidad. El voltaje se puede cambiar para bloquear el lado de alimentación y abrir el otro lado, donde se libera una corriente concentrada de dióxido de carbono casi puro.

Al construir un sistema con secciones alternas de membrana que operan en fases opuestas, el sistema permitiría un funcionamiento continuo en un entorno como una depuradora industrial. En cualquier momento, la mitad de las secciones absorbería el gas mientras que la otra mitad lo liberaría.

"Eso significa que tiene un flujo de alimentación que ingresa al sistema por un extremo y el flujo de producto sale por el otro en una operación aparentemente continua, ", Dice Hatton." Este enfoque evita muchos problemas de proceso "que estarían involucrados en un sistema tradicional de múltiples columnas, en el que los lechos de adsorción deben cerrarse alternativamente, purgado y luego regenerado, antes de volver a exponerse al gas de alimentación para comenzar el siguiente ciclo de adsorción. En el nuevo sistema, los pasos de purga no son necesarios, y todos los pasos ocurren limpiamente dentro de la propia unidad.

La innovación clave de los investigadores fue el uso de la galvanoplastia como una forma de abrir y cerrar los poros de un material. En el camino, el equipo había probado una variedad de otros enfoques para cerrar los poros de forma reversible en un material de membrana, como el uso de pequeñas esferas magnéticas que podrían colocarse para bloquear las aberturas en forma de embudo, pero estos otros métodos no resultaron ser lo suficientemente eficientes. Las películas delgadas de metal pueden ser particularmente eficaces como barreras de gas, y la capa ultrafina utilizada en el nuevo sistema requiere una cantidad mínima de material de zinc, que es abundante y económico.

"Hace una capa de recubrimiento muy uniforme con una cantidad mínima de materiales, "Dice Liu. Una ventaja significativa del método de galvanoplastia es que una vez que se cambia la condición, ya sea en la posición abierta o cerrada, no requiere entrada de energía para mantener ese estado. Solo se requiere energía para volver a cambiar.

Potencialmente, Un sistema de este tipo podría contribuir de manera importante a limitar las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera. e incluso captura directa al aire de dióxido de carbono que ya ha sido emitido.

Si bien el enfoque inicial del equipo fue el desafío de separar el dióxido de carbono de una corriente de gases, el sistema podría adaptarse a una amplia variedad de procesos de separación y purificación química, Dice Hatton.

"Estamos muy entusiasmados con el mecanismo de activación. Creo que podemos usarlo en una variedad de aplicaciones, en diferentes configuraciones, ", dice." Quizás en dispositivos de microfluidos, o tal vez podríamos usarlo para controlar la composición del gas para una reacción química. Hay muchas posibilidades diferentes ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.