MIT a dezvoltat o membrană controlabilă pentru a extrage dioxidul de carbon din fluxurile de evacuare

din

În dreapta este o membrană poroasă de oxid de aluminiu. Partea stângă prezintă aceeași membrană după ce a fost acoperită cu un strat subțire de aur, realizând membrana conductoare pentru tuburile electrochimice de gaz. Credit: Felice Frankel

Sistemul electric interschimbabil poate separa continuu gazele fără a fi nevoie de piese în mișcare sau spațiu pierdut.

Un nou sistem dezvoltat de inginerii chimici din cu poate oferi o modalitate de îndepărtare continuă a dioxidului de carbon dintr-un flux de gaze reziduale sau chiar din aer. Componenta principală este o membrană asistată electrochimic, permeabilitatea la care gazul poate fi pornit și oprit în voie, fără a utiliza părți în mișcare și relativ puțină energie.

Membranele în sine, fabricate din oxid de aluminiu anodizat, au o structură asemănătoare fagurelui constând din deschideri hexagonale care permit moleculelor de gaz să curgă în și în afară atunci când sunt în stare deschisă. Cu toate acestea, trecerea gazului poate fi blocată atunci când un strat subțire de metal este depus electric pentru a acoperi porii membranei. Lucrarea este descrisă într-o lucrare a profesorului T. Alan Hatton, postdoc Yayuan Liu și a altor patru publicată în revista Progrese în știință pe 16 octombrie 2020.

Acest nou mecanism de „oprire a gazului” poate fi aplicat la îndepărtarea continuă a dioxidului de carbon dintr-o serie de fluxuri de evacuare industriale și aer înconjurător, spune echipa. Au construit un dispozitiv test-pentru-concept pentru a arăta acest proces în acțiune.

Dispozitivul folosește un material absorbant de carbon activat redox, plasat între două membrane de etanșare a gazelor. Membranele absorbantului și ale porții sunt în contact strâns unul cu celălalt și sunt scufundate într-un electrolit organic pentru a oferi un mediu în care ionii de zinc se pot transfera înainte și înapoi. Aceste două membrane de poartă pot fi deschise sau închise electric prin schimbarea polarității unei tensiuni între ele, determinând transferul ionilor de zinc de la o parte la alta. Ionii blochează simultan o parte, formând o peliculă metalică peste ea, în timp ce o deschid pe cealaltă, împrăștiind filmul.

Când stratul submersibil este deschis pe partea în care curg gazele reziduale, materialul absoarbe cu ușurință dioxidul de carbon până ajunge la capacitatea sa. Tensiunea poate fi apoi pornită pentru a bloca partea de alimentare și a deschide cealaltă parte, unde este eliberat un flux concentrat de dioxid de carbon aproape pur.

Prin construirea unui sistem cu secțiuni de membrană alternante care funcționează în faze opuse, sistemul va permite funcționarea continuă într-un mediu cum ar fi un agent de curățare industrial. În orice moment, jumătate din secțiuni vor aspira gazul, în timp ce cealaltă jumătate îl va elibera.

„Înseamnă că aveți un curent de alimentare care intră în sistem la un capăt și fluxul de produse îl lasă pe celălalt într-o operațiune presupusă continuă”, spune Hatton. „Această abordare evită multe probleme de proces” pentru a fi încorporată într-un sistem tradițional cu mai multe coloane, în care paturile de adsorbție trebuie alternativ închise, curățate și apoi regenerate, înainte de a fi expuse din nou la gazul de alimentare pentru a începe ciclul alte adsorbții. În noul sistem, pașii de curățare nu sunt necesari și toți pașii au loc în mod curat în interiorul unității.

Principala inovație a cercetătorilor a fost utilizarea placării ca modalitate de deschidere și închidere a porilor dintr-un material. Pe parcurs, echipa a încercat o serie de alte modalități de a închide porii reversibil într-un material cu membrană, cum ar fi utilizarea unor sfere magnetice mici care ar putea fi poziționate pentru a bloca deschiderile în formă de pâlnie, dar aceste alte metode nu s-a dovedit a fi destul de eficient. Filmele subțiri de metal pot fi deosebit de eficiente ca bariere împotriva gazelor, iar stratul ultra-subțire utilizat în noul sistem necesită o cantitate minimă de material de zinc, care este abundent și ieftin.

„Realizează un strat de acoperire foarte uniform, cu o cantitate minimă de materiale”, spune Liu. Un avantaj semnificativ al metodei de zincare este că odată ce starea este modificată, fie în poziția deschisă, fie în poziția închisă, nu necesită aport de energie pentru a menține această stare. Energia este necesară doar pentru a reveni din nou.

Potențial, un astfel de sistem ar putea aduce o contribuție semnificativă la limitarea emisiilor de gaze cu efect de seră în atmosferă și chiar la captarea directă a dioxidului de carbon în aer care a fost deja emis.

În timp ce echipa sa concentrat inițial pe provocarea de a separa dioxidul de carbon de un flux de gaze, sistemul se poate adapta de fapt la o mare varietate de procese de separare și purificare chimică, spune Hatton.

„Suntem foarte încântați de mecanismul porții. „Cred că îl putem folosi într-o varietate de aplicații, în diferite configurații”, spune el. „Poate în dispozitivele microfluidice sau poate îl putem folosi pentru a controla compoziția gazului pentru o reacție chimică. Există multe opțiuni diferite. “

Referință: „Membrană de poartă mediată electrochimic cu transport de gaz controlabil dinamic” de către Yayuan Liu, Chun-Man Chow, Katherine R. Phillips, Miao Wang, Sahag Voskian și T. Alan Hatton, 16 octombrie 2020, Progrese în știință.
DOI: 10.1126 / sciadv.abc1741

Echipa de cercetare a inclus Chun-Man Chow student absolvent, post-doctoral Katherine Phillips și Miao Wang dr. ’20 și Sahag Voskian dr. ’19 absolvenți recenți. Această activitate a fost susținută de ExxonMobil prin MIT Energy Initiative.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Modelul demonstrează similitudini în modul în care studiază oamenii și insectele

Modelul de calcul demonstrează similaritatea în cunoașterea împrejurimilor oamenilor și insectelor. Potrivit unui nou studiu de la Universitatea din Sussex, care arată cum oamenii pot...

Cum am creat „furtuna perfectă” pentru evoluția și transmiterea bolilor infecțioase, cum ar fi COVID-19

Potrivit unui cercetător de la Universitatea din Anglia de Est, în majoritatea modurilor noastre, „furtuna perfectă” a fost creată pentru evoluția și transmiterea bolilor...

„Adezivul molecular” crește eficiența și face ca celulele solare perovskite să devină mult mai fiabile în timp

Cercetătorii au folosit „adeziv molecular” auto-asamblat monostrat pentru a consolida interfețele din celulele solare perovskite pentru a le face mai eficiente, stabile și fiabile....

Pastele plate sunt atât de avansate încât se formează în morfuri atunci când sunt fierte

Laboratorul CMU gestionează producția de paste, care își schimbă forma pe măsură ce gătește. Credit: Universitatea Carnegie Mellon Pastele plate ambalate creează ambalare, transport...

Oamenii de știință ai undelor gravitaționale Excelentă nouă metodă de rafinare a constantei Hubble – expansiunea și vârsta universului

O ilustrare a artistului unei perechi unificate de stele neutronice. Credit: Carl Knox, Universitatea OzGrav-Swinburne O echipă de oameni de știință internaționali, condusă de...

Newsletter

Subscribe to stay updated.