2020年10月19日
在麻省理工学院，化学工程师开发了一种新的系统，可以提供一种不断从废气流甚至大气中消除二氧化碳的方法。
右边是一层多孔阳极氧化铝膜。左边是一层薄薄的金涂层后的同一层膜，使膜具有电化学气体门控的导电性。图片来源：Felice Frankel。
该系统的主要组成部分是一个电化学支撑膜，其对气体的渗透性可以随意改变，没有运动部件，能耗相对较少。
这种膜是用阳极氧化铝制成的，具有蜂窝状结构，带有六边形开口，当处于打开状态时，气体分子能够流入和流出。
但是，可以通过电沉积一层薄的金属层覆盖薄膜的孔隙来阻止气体的通过欧洲杯线上买球科学进步这篇论文由T.艾伦·哈顿教授、博士后刘亚元和其他四位学者撰写。
据研究小组称，称为“气体门控”的新机制可用于从一系列工业废气流和环境空气中不断消除二氧化碳。他们已经构建了一个概念验证装置来演示这一过程。
该装置利用氧化还原活性碳吸收材料，散布在两个可切换的气体门控膜之间。门控膜和吸附剂彼此紧密接触，并浸没在有机电解质中，为锌离子来回穿梭提供介质。
通过改变两个门控膜之间的电压极性，可以电动打开或关闭两个门控膜，从而导致锌离子从一侧穿梭到另一侧。同时，离子通过在其上形成金属膜来阻挡一侧，并通过溶解其膜来打开另一侧。
当吸附剂层向废气流经的一侧打开时，材料立即吸收二氧化碳，直到达到其容量。然后，电压可以互换，以阻断进料侧，并打开另一侧，通过该侧排放几乎纯二氧化碳的浓缩流。
开发一个具有交替膜段的系统，使其在相反阶段工作，可以在工业洗涤器这样的环境中连续运行。在任何给定时间，一半的膜段将吸收气体，另一半将排放气体。
这意味着您有一个进料流在一端进入系统，而产品流在表面上是连续运行的，从另一端离开。
T.艾伦·哈顿，麻省理工学院教授
“这种方法避免了许多过程问题“这将涉及传统的多柱系统，在再次暴露于原料气中开始下一个吸附循环之前，吸附床依次需要关闭、净化和再生。
在新开发的系统中不需要吹扫步骤，所有步骤都完全在装置内部进行。研究人员的主要创新是使用电镀作为一种方法来打开和关闭材料中存在的孔隙。
在研究过程中，研究人员尝试了一系列其他方法来可逆地关闭膜材料中的孔隙，比如使用可以放置的小磁珠来堵塞漏斗形开口，但这些其他技术并没有被证明是高效的。
具体来说，金属薄膜可以有效地作为气体屏障，并且新系统中使用的超薄层需要最少数量的锌材料，这是丰富和经济的。
它用最少的材料形成非常均匀的涂层欧洲杯足球竞彩.
刘亚元，麻省理工学院博士后
电镀技术的一个主要优点是，只要条件发生变化，无论是在打开位置还是关闭位置，它都不需要任何能量输入来保持该状态，只需要再次切换就可以了。
这样一个系统有望为限制温室气体排放到空气中，以及直接捕获早期排放的二氧化碳做出重要贡献。
哈顿认为，虽然研究人员的主要关注点是从气流中分离二氧化碳的挑战，但该系统可以适应广泛的化学分离和净化过程。
我们对门控机制非常兴奋。我认为我们可以在各种应用程序中，在不同的配置中使用它.也许在微流控设备中，或者我们可以用它来控制化学反应的气体成分。有许多不同的可能性.
T.艾伦·哈顿，麻省理工学院教授
参与这项研究的研究人员是研究生周春文、博士后凯瑟琳·菲利普斯和新近毕业的王淼博士20和Sahag Voskian博士19这项研究是由埃克森美孚通过麻省理工学院能源倡议资助的。
期刊参考：
刘勇。，等. （2020）具有动态可控气体传输的电化学介导门控膜。欧洲杯线上买球科学进步.doi.org/10.1126/sciadv.abc1741.
资料来源：http://www.mit.edu/