化学分离的工业过程,包括天然气净化和氧和氮的生产医疗或工业用途,集体负责世界上约15%的能源消耗。他们也提供相应的全球温室气体排放。现在,麻省理工学院和斯坦福大学的研究人员已经开发出一种新型的膜分离执行这些流程约1/10的能耗和排放。
使用膜分离的化学物质被认为是更有效的比蒸馏等过程或吸收,但一直有一种渗透率之间的权衡——气体如何快速穿透材料-和选择性的能力让所需的分子通过而阻止其他所有人。膜材料的新家庭,基于“烃阶梯”聚合物,克服了权衡,提供欧洲杯足球竞彩了高导磁率和极好的选择性,研究人员说。
研究结果发表在《华尔街日报》欧洲杯线上买球由夏燕的一篇论文中,化学在斯坦福大学副教授;扎卡里·史密斯,麻省理工学院的化学工程助理教授;Ingo皮诺,阿卜杜拉国王科技大学的教授和5人。欧洲杯线上买球
气体分离是一个重要和广泛的工业过程的用途包括去除杂质和不受欢迎的化合物从天然气或沼气,从空气中分离氧和氮用于医学和工业用途,对碳捕获二氧化碳和其他气体,分离和生产使用氢作为无碳运输燃料。新的梯形聚合物膜显示承诺大幅提高性能的分离过程。例如,从甲烷分离二氧化碳,这些新的膜有选择性的五倍和100倍现有纤维素膜的渗透性。同样,它们渗透100倍和三倍选择性分离氢气的甲烷。
开发的新型聚合物,在过去几年里的夏实验室,被称为梯形聚合物,因为他们是由双链连接通过rung-like债券,而这些联系提供了一个高度的刚度和稳定性的聚合物材料。这些阶梯聚合物是通过一个有效和选择性化学合成夏实验室开发了名为运河,缩写催化arene-norbornene环状物,这针现成的化学物质与成百上千的阶梯结构的阶梯。解决方案中的聚合物合成,形成刚性、弯折的带状线,可以很容易地做成薄片sub-nanometer-scale毛孔,使用聚合物工业铸造过程。造成毛孔的大小可以通过特定的选择调整烃起始化合物。“这化学和化学构建块允许我们做出的选择非常严格的梯形聚合物具有不同配置,“夏说。
应用管聚合物选择性膜,夏的协作利用专业知识在膜研究聚合物和史密斯的专业化。前斯坦福大学博士生,霍尔顿Lai进行的开发和探索其结构如何影响气体的渗透性能。“我们花了八年的发展中找到合适的聚合物结构的新的化学给高分离性能,”夏说。
夏实验室在过去几年改变运河聚合物的结构了解其结构影响其分离性能。令人惊讶的是,他们发现,添加额外的缺陷原有运河聚合物显著提高膜的机械鲁棒性和提高其选择性分子相似的大小、氧和氮等气体,而不丧失更多的渗透气体的渗透性。选择性实际上提高了材料。高选择性、高渗透率的结合使这些材料比所有其他高分子材料在许多气体分离,研究人员说。欧洲杯足球竞彩
今天,全球15%的能源使用进入化学分离,这些过程是分离“通常基于世纪技术”,史密斯说。“他们工作得很好,但他们有一个巨大的碳足迹和消耗大量的能源。今天的关键挑战是试图取代这些nonsustainable过程。”大多数这些过程需要高温煮沸,再煮的解决方案,而这些往往是最难的过程使充电,他补充道。
从空气中氧和氮的分离,两个分子只不同大小约0.18埃(一米的10/1000000000),他说。让一个过滤器能有效地分离“没有减少吞吐量非常困难。”但是新的阶梯聚合物,当制造成膜产生细小的毛孔,达到高选择性,他说。在某些情况下,10个氧气分子渗透到每一个氮气,尽管微弱选择性筛需要访问这个类型的大小。这些新的膜材料欧洲杯足球竞彩“最高的所有已知的渗透性和选择性高分子材料对于许多应用程序,”欧洲杯足球竞彩史密斯说。
“因为运河聚合物是强大的韧性,因为它们溶解在某些溶剂,它们可以扩展为工业部署在几年之内,”他补充道。麻省理工学院剥离公司渗透,由本研究的作者,最近获得了麻省理工学院100美元创业竞争,部分是由引擎将这项技术商业化。
这些材料有各种潜在的应用在化学加工工业中,史密斯说,包括二氧化碳和其他气体混合物的分离形式的减排。欧洲杯足球竞彩另一种可能性是沼气农业废弃物制成的燃料产品的净化提供无碳运输燃料。氢分离生产燃料或化工原料,也可以有效地进行,帮助过渡到一个氢经济。
严谨的研究小组的研究人员正在继续完善这个过程来促进发展从实验室到工业规模,并更好地了解细节的大分子结构和包装导致超高选择性。史密斯说,他预计这个平台技术在多个脱碳通路发挥作用,从氢分离和碳捕获,因为有这样一个紧迫的需要这些技术以向无碳经济过渡。
研究团队还包括6月Myun安和阿什利·罗宾逊在斯坦福大学、麻省理工学院弗朗西斯科·贝内代蒂现在渗透的首席执行官,三宝”王在沙特阿拉伯的阿卜杜拉国王科技大学。欧洲杯线上买球支持的工作是斯坦福天然气倡议,斯隆研究奖学金,美国能源部基础能源科学、办公室和美国国家科学基金会。欧洲杯线上买球
来源:https://news.mit.edu/