基于薄的聚合物膜制成的高度精密超級過濾器被成功研發

來源：eurekalert 發布時間：2017-06-29 624

智能制造

來自京都大學再生醫科學研究所(iCeMS)、倫敦帝國理工學院和香港城市大學的研究人員們，揭示他們是如何開發了革命性的新材料，并將之用于解決影響整個21世紀的巨大難題之一——如何捕獲和封存二氧化碳。他們研發了一種基于薄的聚合物膜制成的高度精密的超級過濾器，該過濾器很有可能會徹底地改變碳捕獲和封存(CCS)技術。

大約公元前2800年，古代居民蘇美爾人在美索不達米亞的發現就是一種對文明的改變，他們創建了第一個文明。他們知道如果他們將銅和錫混合在一起制成合金，這種新的復合材料比之前人類創造的任何物質都要更堅硬、更耐用和更有價值。它最終給整個時代賦予了新的名字——銅器時代。

4000多年后，在一篇本月發表在《Nature Energy》雜志上的研究中，來自京都大學再生醫科學研究所(iCeMS)、倫敦帝國理工學院和香港城市大學的研究人員們，揭示他們是如何使用這種古老的方法開發了類似的革命性的新材料，并將之用于解決影響整個21世紀的巨大難題之一:如何捕獲和封存二氧化碳。

“大規模存在的問題反而很容易被忽視，”主持研究開發混合基質膜(MMMs)的Easan Sivaniah教授解釋說，他們研發了一種基于薄的聚合物膜制成的高度精密的超級過濾器，該過濾器很有可能會徹底地改變碳捕獲和封存(CCS)技術。最大的燃煤發電站每天釋放出的二氧化碳量，可以充滿埃及吉薩金字塔12次之多。全球有五千多個大型的基于化石燃料的電站，它們總裝機容量約為500兆瓦；以及越來越多的線上操作。所以，未來需要分離和儲存的溫室氣體的量將是非常驚人的。

“直到現在，聚合物膜技術還不能成功地用于氣體分離，”Sivaniah說?？梢哉f它們效率很低；或者像文獻中描述的那樣，高滲透性聚合物膜對于二氧化碳的選擇性并不是很好，捕獲的效率也很低。同時，對于大型碳捕獲項目來說，采用膜技術其所需要花銷的成本也是一個主要的問題。

來自劍橋大學商學院的David M. Rainer 于2016年在《Nature Energy》上發表的一項研究中提到：在2005 - 2009年間，在北美、歐盟和澳大利亞都啟動了數十億美元的CCS示范項目，起初都被樂觀地認為是非常有成效的，但最終絕大多數都躺在了廢墟中。

“事實上，CCS技術開始都發揮了巨大的作用，而不是簡單地停留在模型上，”Rainer總結說，“但如果CCS技術想要擺脫最終的死亡局面，就必須開始對技術成本進行區分，使其變得越來越低”。

世界經濟論壇全球議程脫碳能源委員會，前“碳管理聯盟”的項目負責人(CMC)Tatsuo Masuda教授強調說：“來自最高級學府的新興技術，如那些由京都大學Sivaniah教授開發的可以解決CCS性能和成本問題的技術，它是一種前所未有的突破，必須加快其試點和實踐應用的進程。這才是關鍵?！?/div>

“就像那些古老的美索不達米亞文明，面對新的要求我們需要新的革命性的材料，”Sivaniah解釋道。于是就誕生了一系列的靈敏的、選擇性高的MOFs材料（金屬有機骨架化合物）。這些都是由卓越的日本科學家Susumu Kitagawa開發的納米級的添加劑。將這些革命性的納米尺度的粒子納入先進的聚合物中就得到了新的革命性材料，如PIM-1，它最初由曼徹斯特大學教授Peter Budd和Neil McKeown開發；其他國際研究小組已經創建了新型的混合基質膜(MMMs)，其選擇性相較之以往的材料有了實質性的增強。

“我們已經大大地提高了材料的能力，這就意味著我們可能會給大規模的CCS項目帶來巨大的成本縮減。甚至使大規模的CCS項目成本縮減10倍也不是不可能的，同時這可能會使CCS項目的政治可接受性提高”。

譯者：兔子小光

譯自：eurekalert

推薦新聞