Le nanomembrane autoportanti e meccanicamente resistenti composte da due strati polimerici hanno dimostrato una separazione superiore dell'anidride carbonica dall'azoto. Come rivelato dallo studio, la superficie della membrana composita ha svolto un ruolo cruciale per ottenere la selettività della CO2. Lo strato di interfaccia composto dallo strato di gronda interpenetrato (PDMS) e dai polimeri dello strato selettivo ultrasottile (Pebax-1657) è stato opportunamente controllato mediante trattamento al plasma di ossigeno di PDMS. La scoperta fornisce nuove informazioni sulle prestazioni dei materiali nella regione degli spessori su scala nanometrica. Credito:Roman Selyanchyn, I2CNER, Università di Kyushu
Degrado climatico causato dall'anidride carbonica (CO 2 ) l'emissione nell'atmosfera è un grave problema esistenziale che l'umanità deve affrontare. La soluzione più accettabile sarebbe la completa cessazione dell'uso di combustibili fossili, o almeno una rapida riduzione del loro uso da parte di tutti i paesi, in linea con l'accordo di Parigi. Ciò garantirà che il riscaldamento planetario sia limitato di 2 gradi C. Le riduzioni delle emissioni sono lente, però, ed è improbabile che la maggior parte dei paesi raggiunga gli obiettivi dell'accordo.
Soluzioni tecnologiche per CO . massiva 2 la prevenzione delle emissioni è quindi estremamente necessaria. Alcune tecnologie per la CO 2 catturare, ad esempio, assorbimento da sostanze chimiche amminiche liquide, sono già abbastanza maturi per essere applicati su larga scala. Però, sono costosi e comportano un onere di smaltimento di sostanze chimiche tossiche una volta che perdono la loro CO 2 proprietà vincolante. Le tecnologie alternative sono quindi di grande importanza.
La separazione dei gas con l'ausilio di membrane sta emergendo come una tecnologia chiave per la creazione di una società sostenibile. L'ampio utilizzo delle membrane può aiutare a catturare enormi quantità di anidride carbonica emessa nei processi industriali. A differenza della CO . convenzionale 2 catturare, la separazione del gas con membrane mantiene la promessa di efficienza dei costi. Però, per ottenere CO . economico 2 cattura su larga scala, le membrane necessitano di diverse caratteristiche critiche:CO . veloce 2 trasporto attraverso la loro struttura; alta CO 2 selettività (cioè essere una barriera meno permeabile per altri gas); resistenza meccanica e resistenza chimica. Inoltre, le membrane dovrebbero essere composte da materiali poco costosi per la produzione di massa, quindi i polimeri organici (plastiche e gomme convenzionali) sono più attraenti per le applicazioni industriali.
I compositi a film sottile rappresentano un'architettura specifica delle membrane per fornire una struttura robusta per applicazioni industriali. Queste membrane, che contengono più strati funzionali (fatti di polimeri organici), offrire una buona soluzione per CO . su larga scala 2 catturare. Però, anche i polimeri organici di riferimento con le migliori prestazioni di separazione (elevata CO 2 permeabilità e alta CO 2 /N 2 selettività) non mostrano ancora prestazioni di separazione soddisfacenti a causa della loro incapacità di formare sufficientemente sottili, membrane prive di difetti e meccanicamente stabili.
In un nuovo studio, i ricercatori riferiscono per la prima volta come in definitiva si possono utilizzare strati selettivi sottili con uno spessore di diversi nanometri per ottenere le proprietà di separazione desiderate. Hanno usato polimeri ben noti per lo studio:ammide a blocchi di polietere (Pebax-1657) come strato selettivo e polidimetilsilossano (PDMS) come strato di gronda. Hanno esaminato cosa succede con la proprietà di separazione del gas quando lo spessore dello strato selettivo è stato spinto all'estremo di diversi nanometri. Riferiscono che quando uno strato selettivo di membrane di separazione diventa molto sottile, può formare un'interfaccia specifica con lo strato di gronda in una struttura composita. Questa interfaccia su nanoscala ha fornito una selettività inaspettatamente elevata nei confronti della CO 2 . Il trattamento al plasma delicato e ultracorto dello strato PDMS idrofobo, necessario per promuovere l'adesione con lo strato selettivo idrofilo, si è rivelato uno strumento per controllare e regolare l'attività dell'interfaccia molecolare tra due polimeri.
Hanno scoperto che questa interfaccia ha avuto un impatto determinante sulla CO 2 selettività. Insieme agli alti tassi di permeazione consentiti dal basso spessore, le membrane si adattano perfettamente all'area delle proprietà di separazione necessarie per la CO . industriale 2 cattura (es. cattura post-combustione nelle centrali elettriche a combustibili fossili). Questi risultati aprono una nuova e inesplorata area di separazione dei gas governata dall'interfaccia che può essere utilizzata dagli ingegneri per progettare membrane più efficienti per una varietà di applicazioni utili.
