Управляемая мембрана для удаления углекислого газа из выхлопных газов

Новая система, разработанная инженерами-химиками Массачусетского технологического института (MIT), может обеспечить способ непрерывного удаления углекислого газа из потока отходящих газов или даже из воздуха.

 Ключевым компонентом является мембрана с электрохимическим приводом, газопроницаемость которой можно включать и выключать по желанию без использования движущихся частей и относительно небольшой энергии.

Мембрана для удаления диоксида углерода 

Сами мембраны, изготовленные из анодированного оксида алюминия, имеют сотовую структуру, состоящую из шестиугольных отверстий, которые позволяют молекулам газа входить и выходить в открытом состоянии. Однако проход газа может быть заблокирован, когда тонкий слой металла электрически осаждается, чтобы покрыть поры мембраны. Работа описана в журнале Science Advances , в статье профессора Т. Алана Хаттона, постдока Яюань Лю и четырех других.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Этот новый механизм «газового затвора» может быть применен для непрерывного удаления диоксида углерода из ряда промышленных выхлопных газов и из окружающего воздуха, говорят ученые. Они создали экспериментальное устройство, демонстрирующее этот процесс в действии.

В устройстве используется углеродно-абсорбирующий материал с активным окислительно-восстановительным процессом, расположенный между двумя переключаемыми газовыми мембранами. Сорбент и вентильные мембраны находятся в тесном контакте друг с другом и погружены в органический электролит, чтобы обеспечить среду для перемещения ионов цинка вперед и назад. Эти две литниковые мембраны можно открывать или закрывать электрически путем переключения полярности напряжения между ними, заставляя ионы цинка перемещаться с одной стороны на другую. Ионы одновременно блокируют одну сторону, образуя металлическую пленку над ней, открывая другую, растворяя ее.

Когда слой сорбента открыт со стороны, где проходят отходящие газы, материал легко впитывает диоксид углерода, пока не достигнет своей емкости. Затем можно переключить напряжение, чтобы заблокировать сторону подачи и открыть другую сторону, где выделяется концентрированный поток почти чистого диоксида углерода.

Создав систему с чередующимися секциями мембраны, которые работают в противоположных фазах, система могла бы обеспечить непрерывную работу в таких условиях, как промышленный скруббер. В любой момент времени половина секций будет поглощать газ, а другая половина выпускать его.

«Это означает, что поток сырья поступает в систему с одного конца, а поток продукта выходит с другого в якобы непрерывном режиме», - говорит Хаттон. «Этот подход позволяет избежать многих технологических проблем», которые присутствуют в традиционной многоколоночной системе, в которой адсорбционные слои поочередно необходимо отключать, продувать и затем регенерировать, прежде чем снова подвергнуть их воздействию подаваемого газа для начала следующего цикла адсорбции. В новой системе этапы продувки не требуются, и все этапы выполняются чисто внутри самого устройства.

Ключевым нововведением исследователей было использование гальваники как способа открытия и закрытия пор в материале. Попутно команда испробовала множество других подходов для обратимого закрытия пор в мембранном материале, например, использование крошечных магнитных сфер, которые можно было расположить так, чтобы блокировать отверстия в форме воронки, но эти другие методы оказались недостаточно эффективными. . Тонкие металлические пленки могут быть особенно эффективными в качестве газовых барьеров, а ультратонкий слой, используемый в новой системе, требует минимального количества цинкового материала, который имеется в большом количестве и является недорогим.

"Он делает очень равномерное покрытие с минимальным количеством материала", - говорит Лю. Одним из значительных преимуществ метода гальванопокрытия является то, что после изменения состояния, будь то в открытом или в закрытом положении, он не требует никаких затрат энергии для поддержания этого состояния. Энергия требуется только для повторного переключения.

Потенциально такая система может внести важный вклад в ограничение выбросов парниковых газов в атмосферу и даже в прямое улавливание в воздухе уже выброшенного углекислого газа.

По словам Хаттона, в то время как первоначальное внимание команды было сосредоточено на проблеме отделения углекислого газа из потока газов, на самом деле система может быть адаптирована к широкому спектру процессов химического разделения и очистки.

"Мы очень взволнованы механизмом фильтрации. Я думаю, что мы можем использовать его в различных областях применения, в различных конфигурациях", - говорит он. "Может быть, в микрожидкостных устройствах, а может быть, мы могли бы использовать его для управления газовым составом для химической реакции. Есть много различных возможностей". опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet