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用于工业气体分离的原子厚石墨烯膜

来源:本站     更新日期:2014-09-23 10:32:28

EPFL的化学工程师首次证明,原子厚的石墨烯膜可以高效地分离气体混合物。“终极”膜可扩展,使其成为工业气体分离的突破口。

将混合气体(例如空气)分离成它们各自的组分是一个具有多种工业应用的过程,包括沼气生产,金属加工中的空气富集,天然气中有毒气体的去除,以及氨厂和炼油厂的氢回收。

气体分离通常使用由聚合物(例如纤维素)或其他材料制成的合成膜进行。近年来,研究已经转向许多人所谓的“终极”膜:一层石墨烯,一个厚度为单个原子,现已被证明是最薄的分子屏障,因此是最有效的膜,提供优异的渗透率与稳健性和可扩展性相结合。

然而,开发石墨烯的进展遇到了两个“瓶颈”:第一,缺乏将分子大小的孔结合到石墨烯层中的方法,其次,缺乏实际制造机械强度,裂缝和撕裂的方法。自由的大面积膜。

现在,在解决这两个问题的突破中,EPFL Valais Wallis的Kumar Varoon Agrawal团队开发出一种大面积单层石墨烯膜,可以高效地分离氢气和甲烷(分离系数高达25) ,孔隙率仅为0.025%,具有前所未有的氢渗透性。

该膜含有纳米孔以允许氢气渗透,这被称为“气体筛分”。该膜是在工业的压力和温度(至少7巴和250℃)稳定的。但更重要的是,该团队能够生产出1平方毫米的表面 - 比之前的报告大得多,只有几平方微米的合成可以没有裂缝。Agrawal集团目前正在努力将更高密度的纳米孔纳入石墨烯中,以使石墨烯实现其真正的潜力。

“生产无裂纹石墨烯层的新技术将在很长一段时间内实现原子厚石墨烯膜的最终性能,用于许多重要的化学分离,包括碳捕获,氢气回收和净化饮用水的净化, “阿格拉瓦尔说


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