Nanomembranas autônomas e mecanicamente fortes compostas por duas camadas poliméricas demonstraram separação superior de dióxido de carbono do nitrogênio. Conforme revelado pelo estudo, a superfície da membrana composta desempenhou um papel crucial para atingir a seletividade de CO2. A camada de interface composta pelos polímeros da camada de sarjeta interpenetrada (PDMS) e da camada seletiva ultrafina (Pebax-1657) foi convenientemente controlada por tratamento de PDMS com plasma de oxigênio. A descoberta fornece novos insights sobre o desempenho de materiais na região de espessuras em nanoescala. Crédito:Roman Selyanchyn, I2CNER, Universidade kyushu
Discriminação climática causada por dióxido de carbono (CO 2 ) emissão para a atmosfera é um grande problema existencial que a humanidade enfrenta. A solução mais aceitável seria o fim completo do uso de combustíveis fósseis, ou pelo menos a redução rápida de seu uso por todos os países, em conformidade com o acordo de Paris. Isso vai garantir que o aquecimento planetário seja limitado em 2 graus C. As reduções de emissões são lentas, Contudo, e é improvável que a maioria dos países alcance os objetivos do acordo.
Soluções tecnológicas para CO massivo 2 a prevenção de emissões é, portanto, extremamente necessária. Algumas tecnologias para CO 2 capturar, por exemplo, sorção por produtos químicos de amina líquida, já estão maduros o suficiente para serem aplicados em grande escala. Contudo, eles são caros e vêm com uma carga de descarte de produtos químicos tóxicos, uma vez que perdem seu CO 2 propriedade de ligação. As tecnologias alternativas são, portanto, de grande importância.
A separação de gases com a ajuda de membranas está emergindo como uma tecnologia chave para o estabelecimento de uma sociedade sustentável. A ampla implantação de membranas pode ajudar a capturar grandes quantidades de dióxido de carbono emitido em processos industriais. Em contraste com o CO convencional 2 capturar, a separação de gás com membranas promete eficiência de custos. Contudo, para alcançar CO econômico 2 captura em grande escala, as membranas precisam de vários recursos críticos:CO rápido 2 transporte através de sua estrutura; alto CO 2 seletividade (ou seja, ser uma barreira menos permeável a outros gases); resistência mecânica e resistência química. Adicionalmente, as membranas devem ser compostas de materiais baratos na produção em massa, portanto, os polímeros orgânicos (plásticos convencionais e borrachas) são os mais atraentes para aplicações industriais.
Compostos de filme fino representam uma arquitetura específica de membranas para fornecer uma estrutura robusta para aplicações industriais. Essas membranas, que contêm várias camadas funcionais (feitas de polímeros orgânicos), oferecem uma boa solução para CO em grande escala 2 capturar. Contudo, até mesmo polímeros orgânicos de referência com o melhor desempenho de separação (alto CO 2 permeabilidade e alto CO 2 / N 2 seletividade) ainda não exibem um desempenho de separação satisfatório devido à sua incapacidade de se formarem suficientemente finos, membranas sem defeitos e mecanicamente estáveis.
Em um novo estudo, pesquisadores relatam pela primeira vez como, em última instância, finas camadas seletivas com uma espessura de vários nanômetros podem ser usadas para alcançar as propriedades de separação desejadas. Eles usaram polímeros bem conhecidos para o estudo - amida de bloco de poliéter (Pebax-1657) como camada seletiva e polidimetilsiloxano (PDMS) como camada de sarjeta. Eles examinaram o que acontece com a propriedade de separação de gás quando a espessura da camada seletiva é levada ao extremo de vários nanômetros. Eles relatam que quando uma camada seletiva de membranas de separação se torna muito fina, pode formar uma interface específica com a camada de sarjeta em uma estrutura composta. Esta interface em nanoescala entregou inesperadamente alta seletividade para CO 2 . O tratamento suave e ultracurto com plasma da camada hidrofóbica de PDMS, necessária para promover a adesão à camada hidrofílica seletiva, revelou-se uma ferramenta para controlar e ajustar a atividade da interface molecular entre dois polímeros.
Eles descobriram que esta interface teve um impacto determinante no CO 2 seletividade. Juntamente com as altas taxas de permeação possibilitadas pela baixa espessura, as membranas se encaixam perfeitamente na área das propriedades de separação necessárias para CO industrial 2 captura (por exemplo, captura pós-combustão em usinas de combustível fóssil). Esses resultados abrem uma área nova e inexplorada de separação de gases governada por interface que pode ser usada por engenheiros para projetar membranas mais eficientes para uma variedade de aplicações úteis.
