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可用于工業(yè)氣體分離的原子級(jí)石墨烯膜是什么呢?

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2018年08月10日  

瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院(EcolePolytechniqueFederaledeLausanne(EPFL))的化學(xué)工程師首次證明,原子級(jí)的石墨烯膜能夠高效地分離氣體混合物。這種“終極”膜是可伸縮的,使其成為工業(yè)氣體分離的突破口。

將混合氣體(例如空氣)分離成它們各自的組分是一個(gè)具有多種工業(yè)應(yīng)用的過(guò)程,包括沼氣生產(chǎn)、金屬加工中的空氣富集、天然氣中有毒氣體的去除、以及氨廠和煉油廠的氫回收。

氣體分離通常使用由聚合物(例如纖維素)或其他材料制成的合成膜進(jìn)行。近年來(lái),研究已經(jīng)轉(zhuǎn)向許多人所謂的“終極”膜:?jiǎn)螌邮粋€(gè)厚度為單個(gè)原子,現(xiàn)已被證明是最薄的分子屏障,因此是最有效的膜,具有優(yōu)異的滲透率與穩(wěn)健性和可擴(kuò)展性。然而,開(kāi)發(fā)石墨烯的進(jìn)展遇到了兩個(gè)“瓶頸”:第一,缺乏將分子大小的孔結(jié)合到石墨烯層中的方法;第二,缺乏實(shí)際制造機(jī)械堅(jiān)固、無(wú)裂紋和無(wú)撕裂的大面積膜的方法。現(xiàn)在,在解決這兩個(gè)問(wèn)題的突破中,EPFL研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種大面積單層石墨烯膜,它能以高效率(分離系數(shù)高達(dá)25)從甲烷中分離氫,并且開(kāi)發(fā)出前所未有的氫,孔隙度僅為0.025%。

該膜含有納米孔以允許氫氣滲透,這被稱為“氣體篩分”。膜在工業(yè)壓力和溫度下穩(wěn)定(至少高達(dá)7bar和250oC)。但更重要的是,該小組能夠制造出1平方毫米的表面-比以前的報(bào)告要大得多,在之前的報(bào)告中,只有幾平方微米可以無(wú)裂縫地合成。研究團(tuán)隊(duì)正致力于在石墨烯中加入更高密度的納米孔,以使石墨烯實(shí)現(xiàn)其真正的潛力。他們介紹說(shuō):“制造無(wú)裂紋石墨烯層的新技術(shù)將在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)原子層石墨烯膜的最終性能,包括碳捕獲、氫回收和清潔飲用水的凈化等許多重要的化學(xué)分離。”

項(xiàng)目其他貢獻(xiàn)者還有:EPFL可再生能源材料實(shí)驗(yàn)室(LMER)、EPFL跨學(xué)科電子顯微鏡中心(CIME)、麻省理工學(xué)院(MIT)。

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