Когда дело доходит до добычи природного газа или производства биогаза, все дело в метане. Но метан никогда не встречается в чистом виде. Например, природный газ всегда содержит довольно много углекислого газа (парниковый газ CO2), иногда до 50 процентов. Для очистки метана — или, другими словами, удаления CO2 — в промышленности часто используются мембраны.
Эти мембраны действуют как молекулярные сита, разделяющие метан и CO2. Затем метан можно использовать в качестве источника энергии для отопления, производства химикатов или в качестве топлива, а CO2 можно повторно использовать в качестве строительного блока для возобновляемых видов топлива и химикатов.По словам профессора Иво Ванкелекома из факультета биологических наук Левена, существующие мембраны все еще нуждаются в улучшении для эффективного отделения CO2. «Эффективная мембрана позволяет проходить только СО2, причем как можно большему количеству.
Имеющиеся в продаже мембраны имеют компромисс между селективностью и проницаемостью: они либо высокоселективны, либо высокопроницаемы. Другой важной проблемой является факт что мембраны пластифицируются, если в газовой смеси содержится слишком много CO2. Это снижает их эффективность: почти все может проходить через них, так что разделение метана и CO2 не удается ».
Наилучшие доступные мембраны состоят из полимерной матрицы с наполнителем, например металлоорганического каркаса (MOF). Этот наполнитель MOF имеет поры нанометрового размера. Новое исследование показало, что характеристики такой мембраны значительно улучшаются при термообработке выше 160 градусов Цельсия в процессе производства. «Вы получаете больше сшивок в полимерной матрице: сетка, так сказать, уплотняется, и это само по себе уже улучшает характеристики мембраны, потому что она больше не может пластифицироваться. При этих температурах структура MOF — наполнителя — изменяется и становится более избирательным.
Наконец, высокотемпературная обработка также улучшает адгезию полимер-наполнитель: газовая смесь больше не может выходить через маленькие отверстия на границе раздела наполнитель-полимер ».Это дает новой мембране наивысшую из когда-либо заявленных селективностей, предотвращая пластификацию при высокой концентрации CO2. «Если вы начнете со смеси 50/50 CO2 / метана, эта мембрана даст вам в 164 раза больше CO2, чем метан после проникновения через мембрану», — объясняет доктор Лик Хонг Ви. «Это лучшие результаты, о которых когда-либо сообщалось в научной литературе».
Это исследование является результатом сотрудничества К.Ю. Лёвена (профессор Иво Ванкелеком и д-р Лик Хонг Ви с факультета биологических наук / Центр поверхностной химии и катализа) и UAntwerp (подразделение EMAT под руководством профессора Сары Балс).