p Pesquisadores do Laboratório Nacional de Oak Ridge do Departamento de Energia e da Universidade do Tennessee, Knoxville, estão avançando com materiais de membrana de gás para expandir as opções práticas de tecnologia para reduzir as emissões industriais de carbono. p Resultados publicados em Chem demonstrar um método de fabricação de materiais de membrana que pode superar os gargalos atuais de seletividade e permeabilidade, variáveis-chave que impulsionam o desempenho de captura de carbono em ambientes reais.

p "Muitas vezes, há uma compensação em quão seletiva ou permeável você pode fazer membranas que filtram o dióxido de carbono sem permitir a passagem de outros gases. O cenário ideal é criar materiais com alta permeabilidade e seletividade, "disse Zhenzhen Yang do Departamento de Química da UT.

p As membranas de gás são uma tecnologia promissora, mas ainda está em desenvolvimento, para reduzir as emissões de gases de combustão ou pós-combustão produzidas por indústrias de combustíveis fósseis.

p O conceito é simples:um fino, membrana porosa atua como um filtro para misturas de gases de exaustão, permitindo seletivamente o dióxido de carbono, ou CO ₂ , fluir livremente para um coletor que é mantido sob pressão reduzida, mas impedindo o oxigênio, nitrogênio e outros gases de marcação.

p Ao contrário dos métodos químicos existentes para capturar CO ₂ de processos industriais, as membranas são fáceis de instalar e podem operar sem supervisão por longos períodos, sem etapas adicionais ou custos de energia adicionais. O problema é esse novo, materiais econômicos são necessários para expandir a tecnologia para adoção comercial.

p "As membranas de gás precisam de pressão de um lado e normalmente de vácuo do outro para manter um ambiente de fluxo livre, razão pela qual a seletividade e permeabilidade dos materiais são tão importantes para o desenvolvimento da tecnologia, "disse Ilja Popovs da Divisão de Ciências Químicas do ORNL." Materiais de baixo desempenho requerem mais energia para empurrar os gases através do sistema, portanto, materiais avançados são essenciais para manter baixos os custos de energia. "

p Nenhum material natural e apenas alguns sintéticos excederam o que é chamado de limite superior de Robeson, um limite conhecido que restringe o quão seletivo e permeável a maioria dos materiais pode ser antes que essas taxas comecem a cair.

p Materiais com seletividade e permeabilidade suficientemente altas para separações de gás eficientes são raros e muitas vezes feitos de materiais de partida caros, cuja produção requer uma síntese longa e tediosa ou catalisadores de metal de transição caros.

p "Propusemo-nos a testar a hipótese de que a introdução de átomos de flúor em materiais de membrana poderia melhorar a captura de carbono e o desempenho de separação, "Yang disse.

p O elemento flúor, usado para fazer produtos de consumo, como teflon e pasta de dente, oferece propriedades de dióxido de carbono-fílicas que o tornam atraente para aplicações de captura de carbono. Também está amplamente disponível, tornando-o uma opção relativamente acessível para métodos de fabricação de baixo custo. A pesquisa sobre membranas de gás fluorado tem sido limitada devido aos desafios fundamentais de incorporar flúor em materiais para realizar sua funcionalidade amorosa de carbono.

p "Nosso primeiro passo foi criar um polímero à base de flúor exclusivo usando métodos químicos simples e materiais de partida disponíveis comercialmente, "Yang disse.

p Próximo, pesquisadores transformados, ou carbonizado, o material usando calor para dar-lhe a estrutura porosa e a funcionalidade necessária para capturar CO ₂ . O processo de duas etapas preservou os grupos fluorados e aumentou o CO ₂ seletividade no material final, superar um obstáculo fundamental encontrado em outros métodos sintéticos.

p "A abordagem resultou em um material de dióxido de carbono-fílico com alta área de superfície e ultra-microporos que é estável em condições operacionais de alta temperatura, "Yang disse." Todos esses fatores o tornam um candidato promissor para a captura de carbono e membranas de separação. "

p O novo design do material contribui para seu desempenho excepcional, observed in high selectivity and permeability rates that exceed the Robeson upper limit, something only a handful of materials have accomplished.

p "Our success was a material achievement that demonstrates feasible routes for leveraging fluorine in future membrane materials. Moreover, we achieved this goal using commercially available, inexpensive starting materials, " Popovs said.

p The basic discovery expands the limited library of practical options for carbon-capture membranes and opens new directions for developing fluorinated membranes with other task-specific functionalities.

p Researchers aim to next investigate the mechanism by which fluorinated membranes absorb and transport CO ₂ , a fundamental step that will inform the design of better carbon-capture systems with materials purposely tailored to grab CO ₂ emissions.