新系统可以帮助持续去除废气或空气中的二氧化碳

在麻省理工学院在美国，化学工程师已经开发出一种新系统，可以提供一种方法，不断消除废气中的二氧化碳，甚至大气中的二氧化碳。

该系统的主要组成部分是电化学支撑膜，膜对气体的渗透性可以随意改变，没有活动部件，能耗相对较小。

这种膜是用阳极氧化的氧化铝制成的，具有具有六边形开口的蜂窝状结构，当它处于开放状态时，气体分子可以进出。

但是，通过电沉积一层薄薄的金属层覆盖在薄膜的小孔上，可以阻止气体的通过。这项研究最近发表在亚博老虎机网登录科学的进步在一篇由T. Alan Hatton教授、博士后刘亚源和其他四人撰写的论文中。

据研究小组称，这种被称为“气体门控”的新机制可以用于不断消除一系列工业废气和周围空气中的二氧化碳。他们建造了一个概念验证装置来演示这一过程。

该装置利用了氧化还原活性碳吸收材料，分散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，浸没在有机电解质中，为锌离子提供来回穿梭的介质。

通过交换电压的极性，锌离子可以从一侧移动到另一侧，从而可以用电来打开或关闭这两个门控膜。与此同时，离子通过在其上形成金属膜来阻挡一边，并通过溶解其膜来打开另一边。

当吸附剂层向废气流过的一侧打开时，该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，以阻断馈电侧和打开另一侧，通过这一集中的几乎纯二氧化碳流被排放。

开发一种具有在相反阶段工作的交替膜段的系统，将使其能够在像工业洗涤器那样的环境中连续运行。在任何给定的时间，一半的部分将吸收气体，另一半将排放气体。

这意味着在一个表面上连续的操作中，有一个进料流从一端进入系统，而产品流从另一端离开。

T. Alan Hatton，麻省理工学院教授

”这种方法避免了许多流程问题“这将涉及到传统的多柱系统，吸附床依次需要关闭、清洗和再生，然后再次暴露在原料气中开始下一个吸附循环。

在新开发的系统中不需要清除步骤，这些步骤完全发生在单元本身内部。研究人员的主要创新是使用电镀作为一种打开和关闭材料中的孔隙的方法。

在这项研究中，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，比如使用小磁球来堵塞漏斗状的开口，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，并且在新系统中使用的超薄层需要的锌材料数量最少，这是丰富的和经济的。

它用最少的材料使涂层非常均匀亚博网站下载．

刘亚源，博士后，麻省理工学院

电镀技术的一个主要好处是，一旦条件改变，无论是在打开或关闭的位置，它不需要任何能量输入来保持这种状态。重新转换需要能量。

这种系统有望对限制温室气体排放到空气中做出重要贡献，以及对早期排放的二氧化碳的直接空气捕捉。

哈顿认为，虽然研究人员的主要关注点是将二氧化碳从气体流中分离出来，但该系统可以适用于广泛的化学分离和净化过程。

我们对门控机制很感兴趣。我认为我们可以把它用在不同的应用中，在不同的配置中．也许在微流控装置中，或者我们可以用它来控制化学反应中的气体成分。有许多不同的可能性．

T. Alan Hatton，麻省理工学院教授

参与这项研究的研究人员包括研究生周春文(Chun-Man Chow)、博士后凯瑟琳·菲利普斯(Katherine Phillips)以及刚刚毕业的王淼博士(Miao Wang ph . 20)和萨哈格·沃斯基安博士(Sahag Voskian ph . 19)。这项研究是由埃克森美孚公司通过麻省理工学院能源计划支持的。

期刊引用:

刘,Y。,等．(2020)电化学介导的动态可控气体传输门控膜。亚博老虎机网登录科学的进步．doi.org/10.1126/sciadv.abc1741．

来源:http://www.mit.edu/