科學家開發出會「自動生長的膜」可將CO2從其他氣體中分離

科學家們開發了一種新型會自動組裝的銀膜,可以在二氧化碳(CO2)擴散到大氣中之前捕獲它們的排放。該團隊使用從未嘗試過的技術,在氣體分離膜上僅注入了一小部分有價值的金屬,利用二氧化碳本身的流動在膜上生長出微小的銀晶體或樹枝狀結晶。這些樹枝狀結晶明顯提高了結構的效率,使大量的CO2和氧氣流過,而不必像以前的方法那樣使用大量的貴金屬。英國紐卡斯爾大學的碳捕集工程師Greg Mutch表示:「這個膜並不完全是用銀製造。反而,我們添加了少量的銀並使它在膜內生長,從而增加了我們所需的功能。」

這過程就是所謂的碳捕獲及封存(carbon capture and storage,CCS,又名碳捕存)的一個案列,這是用在過濾CO2排放的多種方法之一,目的是防止它們流入大氣中並加劇人為的全球暖化。世界各地都實施了多種工業的碳捕存計畫,其中一些可以追溯到幾十年前。 但是該領域仍在發展,碳捕獲的科學和經濟學一直在進步。阻礙某些最有前途碳捕存想法推廣的一大限制是成本。 雖然科學家們有無限的絕妙構想可以在實驗室中成功實現,但要想出如何實際上用高經濟效益的方法擴展到工業規模上卻是另一回事。

雖然每個人都知道銀是一種貴金屬,但大多數人都不會意識到它也是用於某些碳捕存應用的高效材料。在碳封存的過程中,有幾種不同的方法可以將CO2與其他氣體分離,包括吸收、吸附以及使用氣體分離膜。碳捕存中的膜充當了可滲透的屏障,使某些氣體擴散通過,同時阻止其他氣體。 研究人員表示,當銀被用在一種稱為「雙相熔融碳酸鹽膜(dual-phase, molten-carbonate membrane)」的膜中時,能以最強的效率分離CO2。

當然,它不是廉價的材料,而這是一個問題。 不過,在新研究中,Mutch的團隊想出了一種在CO2分離過程中提取使用銀的方法,而實際上並不需要很多元素。在實驗中,研究人員使用氧化鋁顆粒和試管來形成膜的基礎,只向混合物中添加少量的銀。 當膜起作用時,在發生滲透過程的刺激下,銀樹枝狀結晶網路會開始在結構上生長。研究人員指出:「透過滲透驅動的銀樹枝狀結晶的非平衡生長,從少量添加的銀中,低成本、低透量膜材料轉變為低成本、高透量膜。」

研究小組表示,他們的結果達到了迄今為止最高透量的銀熔融鹽膜,同時將所需的銀量減少了一個數量級。Mutch表示:「最重要的是,膜的性能已達到能與現有的碳捕捉過程競爭的水準。實際上,這可能會大大減少設備所需的尺寸,並可能降低運營成本。」

如果要在碳捕存膜中使用銀,除了獲得成本效益之外,該團隊還建議,我們可以透過利用迄今尚未充分探索的滲透機制,來研究這種製造膜的新方法。研究人員指出:「我們認為,一般被認為對膜長期穩定性有害的膜滲透非平衡條件,反而可以被認為是在膜上增加有利功能的有利條件。」

參考資料: Energy & Environmental Science

Hssszn讚新聞著作權聲明:本網站所有內容由自家編輯選寫,並非內容農場複製貼上,所有文章之文字、非經授權,不得轉載。
加入好友