Interface moléculaire mince entre les polymères pour une membrane efficace de capture du dioxyde de carbone

Interface moléculaire mince entre les polymères pour une membrane efficace de capture du dioxyde de carbone

Interface moléculaire mince entre les polymères - pour une membrane de capture de CO2 efficace

Des nanomembranes autoportantes et mécaniquement résistantes composées de deux couches polymères ont démontré une meilleure séparation du dioxyde de carbone de l’azote. Comme l’a révélé l’étude, la surface de la membrane composite a joué un rôle crucial pour atteindre la sélectivité en CO2. La couche d’interface composée de la couche de gouttière interpénétrée (PDMS) et de la couche sélective ultramince (Pebax-1657) était commodément contrôlée par un traitement au plasma d’oxygène du PDMS. La découverte fournit de nouvelles perspectives sur les performances des matériaux dans la région des épaisseurs nanométriques. Crédit: Roman Selyanchyn, I2CNER, Université de Kyushu

Dégradation climatique causée par le dioxyde de carbone (CO2) l’émission dans l’atmosphère est un problème existentiel majeur auquel l’humanité est confrontée. La solution la plus acceptable serait la cessation complète de l’utilisation des combustibles fossiles, ou du moins une réduction rapide de leur utilisation par tous les pays, conformément à l’accord de Paris. Cela garantira que le réchauffement planétaire est limité de 2 degrés C. Cependant, les réductions d’émissions sont lentes et il est peu probable que la plupart des pays atteignent les objectifs de l’accord.


Solutions technologiques pour le CO massif2 la prévention des émissions est donc indispensable. Quelques technologies pour le CO2 la capture, par exemple, la sorption par des produits chimiques à base d’amine liquide, sont déjà suffisamment mûres pour être appliquées à grande échelle. Cependant, ils sont coûteux et s’accompagnent d’une charge d’élimination des produits chimiques toxiques une fois qu’ils perdent leur CO2 propriété de liaison. Les technologies alternatives sont donc d’une grande importance.

La séparation des gaz à l’aide de membranes est en train de devenir une technologie clé pour l’instauration d’une société durable. Un large déploiement de membranes peut aider à capter d’énormes quantités de dioxyde de carbone émises dans les processus industriels. Contrairement au CO conventionnel2 capture, la séparation des gaz avec des membranes est la promesse de la rentabilité. Cependant, pour obtenir un CO économique2 capture à grande échelle, les membranes ont besoin de plusieurs caractéristiques essentielles: CO rapide2 le transport à travers leur structure; CO élevé2 sélectivité (c.-à-d. être une barrière moins perméable pour les autres gaz); résistance mécanique et résistance chimique. De plus, les membranes doivent être composées de matériaux peu coûteux à la production de masse, de sorte que les polymères organiques (plastiques et caoutchoucs conventionnels) sont les plus attrayants pour les applications industrielles.

Les composites à couches minces représentent une architecture spécifique des membranes pour fournir une structure robuste pour les applications industrielles. Ces membranes, qui contiennent plusieurs couches fonctionnelles (en polymères organiques), offrent une bonne solution pour le CO à grande échelle2 Capturer. Cependant, même les polymères organiques de référence avec les meilleures performances de séparation (CO élevé2 perméabilité et CO élevé2/ N2 sélectivité) ne présentent pas encore de performances de séparation satisfaisantes en raison de leur incapacité à former des membranes suffisamment minces, sans défaut et mécaniquement stables.

Dans une nouvelle étude, les chercheurs rapportent pour la première fois comment finalement des couches sélectives minces avec une épaisseur de plusieurs nanomètres peuvent être utilisées pour obtenir les propriétés de séparation souhaitées. Ils ont utilisé des polymères bien connus pour l’étude – polyéther bloc amide (Pebax-1657) comme couche sélective et polydiméthylsiloxane (PDMS) comme couche de gouttière. Ils ont examiné ce qui se passe avec la propriété de séparation des gaz lorsque l’épaisseur de la couche sélective est poussée à l’extrême de plusieurs nanomètres. Ils rapportent que lorsqu’une couche sélective de membranes de séparation devient très mince, elle peut former une interface spécifique avec la couche de gouttière dans une structure composite. Cette interface à l’échelle nanométrique a fourni une sélectivité étonnamment élevée envers le CO2. Un traitement au plasma doux et ultra-court de la couche hydrophobe PDMS qui est nécessaire pour favoriser l’adhérence avec la couche sélective hydrophile s’est révélé comme un outil pour contrôler et régler l’activité de l’interface moléculaire entre deux polymères.

Ils ont constaté que cette interface avait un impact déterminant sur le CO2 sélectivité. Avec des taux de perméation élevés permis par une faible épaisseur, les membranes s’intègrent bien dans la zone des propriétés de séparation nécessaires au CO industriel2 capture (p. ex. capture post-combustion dans les centrales à combustibles fossiles). Ces résultats ouvrent une nouvelle zone inexplorée de séparation des gaz régie par l’interface qui peut être utilisée par les ingénieurs pour concevoir des membranes plus efficaces pour une variété d’applications utiles.


Matériaux aimant le carbone conçus pour réduire les émissions industrielles


Plus d’information:
Olena Selyanchyn et al, Rôle critique de l’interface moléculaire dans les nanomembranes Pebax-1657 / PDMS à double couche pour la séparation très efficace des gaz CO2 / N2, Matériaux appliqués et interfaces ACS (2020). DOI: 10.1021 / acsami.0c07344

Fourni par l’Université de Kyushu, I2CNER

Citation: Interface moléculaire mince entre les polymères pour une membrane efficace de capture du dioxyde de carbone (2020, 14 juillet) récupéré le 14 juillet 2020 sur https://phys.org/news/2020-07-molecularly-thin-interface-polymers-efficient.html

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