Naučnici sa EPFL-a razvili su napredne atomske tanke grafenske membrane sa piridinskim azotom na ivicama pora, pokazujući performanse bez presedana u hvatanju CO 2. To označava značajan korak ka efikasnijim tehnologijama za hvatanje ugljenika.
Dok se svet bori protiv klimatskih promena, potreba za efikasnim i isplativim tehnologijama za hvatanje ugljenika je hitnija nego ikad. U tom smislu, naučnici istražuju brojne inovacije za drastično smanjenje industrijskih emisija ugljenika, što je ključno za ublažavanje globalnog zagrevanja.
Jedna od njih je hvatanje, korišćenje i skladištenje ugljenika (CCUS), kritična tehnologija koja smanjuje emisije ugljen-dioksida (CO 2 ) iz industrijskih izvora koje je teško smanjiti, kao što su elektrane, fabrike cementa, čeličane i spalionice otpada. Ali sadašnje metode hvatanja se oslanjaju na energetski intenzivne procese, što ih čini skupim i neodrživim.
Istraživanja sada imaju za cilj da razviju membrane koje mogu selektivno da hvataju CO 2 sa visokom efikasnošću, čime se smanjuju energetski i finansijski troškovi povezani sa CCS. Ali čak i najsavremenije membrane, kao što su polimerni tanki filmovi, ograničene su u pogledu propusnosti i selektivnosti CO 2, što ograničava njihovu skalabilnost.
Stoga je izazov stvoriti membrane koje mogu istovremeno da ponude visoku propusnost i selektivnost CO 2, što je ključno za efikasno hvatanje ugljenika.
Tim naučnika na čelu sa Kumarom Varoon Agravalom iz EPFL-a je sada napravio proboj u ovoj oblasti razvijajući membrane koje pokazuju izuzetne performanse hvatanja CO 2 ugradnjom piridinskog azota na ivicama pora grafena.
Membrane postižu izuzetan balans visoke propusnosti CO 2 i selektivnosti, što ih čini veoma obećavajućim za različite industrijske primene. Rad je objavljen u časopisu Nature Energy.
Istraživači su započeli sintezom jednoslojnih grafenskih filmova koristeći hemijsko taloženje pare na bakarnoj foliji. Oni su uveli pore u grafen kontrolisanom oksidacijom ozonom, koji je formirao funkcionalizovane pore od atoma kiseonika. Zatim su razvili metodu za ugrađivanje atoma azota na ivici pora u obliku piridinskog N reakcijom oksidovanog grafena sa amonijakom na sobnoj temperaturi.
Istraživači su potvrdili uspešnu inkorporaciju piridinskog azota i formiranje CO 2 kompleksa na ivicama pora korišćenjem različitih tehnika, kao što su rendgenska fotoelektronska spektroskopija i skenirajuća tunelska mikroskopija. Inkorporacija piridinskog N značajno je poboljšala vezivanje CO 2 na pore grafena.
Dobijene membrane su pokazale visok faktor razdvajanja CO 2 /N 2, sa prosekom od 53 za struju gasa koja sadrži 20% CO2. Zanimljivo je da su tokovi sa oko 1% CO 2 postigli faktore razdvajanja iznad 1000 zbog kompetitivnog i reverzibilnog vezivanja CO 2 na ivicama pora, što je olakšano piridinskim azotom.
