بهبود کارایی جذب دی‌اکسید کربن توسط فناوری جدید غشای پلیمری

محققین فناوری غشایی جدیدی را ایجاد کرده‌اند که امکان حذف مؤثرتر دی‌اکسید کربن (CO₂) از گازهای مخلوط نظیر انتشار گاز از نیروگاه‌ها را فراهم می‌کند. Rich Spontak، نویسنده همکار مقاله می‌گوید: برای نشان دادن توانایی غشای جدیدمان، مخلوط گازهای CO₂ و نیتروژن را بررسی کردیم؛ زیرا مخلوط این دو گاز خصوصاً در زمینه کاهش انتشار گازهای گل‌خانه‌ای از نیروگاه‌ها مرتبط است. همچنین نشان دادیم که می‌توانیم گزینش‌پذیری غشاها را جهت حذف CO₂ به شدت بهبود بخشیم. در حالی که نفوذپذیری CO₂ را نسبتاً بالا حفظ کنیم. Spontak استاد برجسته مهندسی شیمی و زیست‌مولکولی و استاد علوم و مهندسی مواد در دانشگاه کارولینای شمالی می‌گوید: ما همچنین مخلوط CO₂ و متان را که برای صنعت گاز طبیعی مهم است، بررسی کردیم. علاوه بر این، غشاهای فیلترکننده CO₂ را می‌توان در هر شرایطی که نیاز به حذف CO₂ از گازهای مخلوط شده باشد استفاده کرد، چه کاربردهای زیست‌پزشکی و یا پاک‌سازی (جذب) CO₂ از هوا در یک زیردریایی. غشاها یک فناوری جذاب برای حذف CO₂ از گازهای مخلوط هستند؛ زیرا فضای زیادی را اشغال نمی‌کنند. می‌توانند در اندازه‌های مختلف ساخته شوند و به آسانی قابل تعویض هستند. فناوری دیگری که اغلب برای حذف CO₂ استفاده می‌شود جذب شیمیایی است که شامل حباب‌زایی (Bubbling) مخلوط‌های گازی از طریق ستون حاوی آمین مایع است که CO₂ را از گاز حذف می‌کند. با این حال فناوری‌های جذب دارای ردپای قابل توجه بزرگ‌تری هستند و آمین‌های مایع معمولاً سمی و خورنده هستند. این فیلترهای غشایی با اجازه دادن به CO₂ سریع‌تر از سایر اجزای مخلوط عبور کرده و کار می‌کنند. در نتیجه گازی که از طرف دیگر غشا خارج می‌شود نسبت به گاز ورودی به غشا دارای CO₂ بیش‌تری است. با گرفتن گازی که از غشا خارج می‌شود CO₂ بیش‌تری نسبت به سایر گازهای تشکیل‌دهنده جذب می‌کنید. یک چالش دیرین برای چنین غشاهایی مبادله بین نفوذپذیری و گزینش‌پذیری بوده است. هرچه نفوذپذیری بیش‌تر باشد می‌توانید گاز را با سرعت بیش‌تر از غشا عبور دهید. اما وقتی نفوذپذیری بالا می‌رود گزینش‌پذیری کاهش می‌یابد به این معنی که نیتروژن و سایر اجزا به سرعت از غشا عبور می‌کنند و نسبت CO₂ به سایر گازهای مخلوط را کاهش می‌دهد. به عبارت دیگر زمانی که گزینش‌پذیری کاهش می‌یابد، CO₂ نسبتاً کم‌تری را جذب می‌کنید. تیم تحقیقاتی از ایالات متحده و نروژ این مشکل را با رشد زنجیره‌های پلیمری فعال شیمیایی دارای گروه‌های آب‌دوست و دی‌اکسید کربن دوست بر روی سطح غشاهای موجود برطرف کردند. این کار گزینش‌پذیری را افزایش می‌دهد. Marius Sandru نویسنده مقاله و پژوهش‌گر ارشد صنعت SINTEF در سازمان تحقیقات مستقل نروژ می‌گوید: به طور خلاصه با تغییر کمی در نفوذپذیری نشان دادیم که می‌توانیم گزینش‌پذیری را تا حدود ۱۵۰ برابر افزایش دهیم. بنابراین ما CO₂ بیش‌تر نسبت به انواع دیگر در مخلوط‌های گازی جذب می‌کنیم. یکی دیگر از چالش‌های پیش رو فیلتر‌های غشایی CO₂، هزینه است. فناوری‌های غشای قبلی هرچه مؤثرتر بودند، گران‌تر بودند. Spontak می‌گوید: از آنجایی که ما می‌خواستیم فناوری ایجاد کنیم که از نظر تجاری قابل دوام باشد، فناوری ما با غشاهایی شروع شد که در حال حاضر در حال استفاده گسترده هستند. ما سپس سطح این غشاها را مهندسی کردیم تا گزینش‌پذیری را بهبود بخشیم. در حالی که این امر هزینه را افزایش می‌دهد ما فکر می‌کنیم که غشاهای اصلاح شده همچنان مقرون به صرفه خواهند بود. Sandru  بیان کرد: قدم‌های بعدی ما این است که مشاهده کنیم تکنیک‌هایی که در اینجا توسعه دادیم تا چه حد می‌تواند برای سایر پلیمرها به کار رود، تا نتایجی قابل مقایسه یا حتی برتر برای ارتقای فرآیند ساخت نانو داشته باشیم. صادقانه بگویم اگرچه نتایج در اینجا چیزی کم از هیجان‌انگیز نبوده است ما هنوز برای بهینه‌سازی این فرآیند تلاشی نکرده‌ایم. مقاله ما نتایج مفهومی را اثبات می‌کند. محققان همچنین علاقه‌مند به بررسی کاربردهای دیگر هستند؛ از جمله این که آیا فناوری جدید غشایی می‌تواند در دستگاه‌های ونتیلاتور زیست‌پزشکی یا دستگاه‌های فیلتراسیون در بخش آبزی پروی استفاده شود. محققین می‌گویند که آماده همکاری با شرکای صنعتی برای بررسی هر یک از این سؤالات یا فرصت‌ها برای کمک به کاهش تغییرات آب و هوایی جهانی و بهبود عمل‌کرد دستگاه هستند.

منبع:

https://www.climatechange.ie

An integrated materials approach to ultrapermeable

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com