p Os pesquisadores da Graphene Flagship superaram o desempenho teórico de limitação das membranas na separação de gases. Esta pesquisa colaborativa dos parceiros da Graphene Flagship CNR, Universidade de Bolonha e Graphene-XT tem aplicações potenciais na purificação de hidrogênio e captura e armazenamento de carbono. p Membranas à base de polímero para separação de gás têm uma compensação entre alta permeabilidade de gás e alta seletividade de gás, o chamado limite superior de Robeson. Ao combinar folhas de óxido de grafeno individuais com espaçadores de polímero, em uma estrutura de estilo sanduíche, Pesquisadores do Graphene Flagship conseguiram superar esse limite, separar o gás de forma rápida e eficiente.

p Focando na produção de um dispositivo de separação de gás útil para captura e armazenamento de carbono, os pesquisadores desenvolveram um protocolo para separar o CO2 do H2. Produção de hidrogênio, tanto do gás natural quanto na gaseificação de combustíveis líquidos ou sólidos, é frequentemente acompanhada pela formação de uma quantidade significativa de CO2, que precisa ser removido antes do gás ser usado. A separação eficiente do CO2 tem maior potencial de captura desse gás de efeito estufa.

p Usando uma abordagem ascendente, os pesquisadores depositaram camadas alternadas de óxido de grafeno e um polímero de poli (etilenoimina) - PEI, usando um método de automontagem, para fazer a membrana de separação de gás. Usando óxido de grafeno, (um material de grafeno solúvel em água devido à sua natureza oxidada), a equipe foi capaz de depositar camadas individuais de óxido de grafeno separadas pelo PEI.

p A profundidade da camada PEI atuando como um espaçador entre as camadas de óxido de grafeno foi considerada de vital importância para garantir um alto fluxo de gás através da membrana. Este sistema de separação, portanto, contém um material em camadas e uma camada de polímero ultrafino com espessura de aproximadamente doisonanômetros. As folhas de óxido de grafeno forçam as moléculas gasosas a difundir um caminho tortuoso dentro das cadeias PEI.

p "Ao mudar da membrana tridimensional padrão para uma estrutura de polímero em camadas, alcançamos a separação de gases acima do limite de Robeson em uma membrana de apenas 100 nm de espessura, "disse o professor Vincenzo Palermo, coordenador da equipe que realiza esta pesquisa e vice-diretor da Flagship Graphene.

p Mais importante, também foi descoberto que a permeabilidade dessas membranas a diferentes gases depende fortemente do diâmetro das moléculas de gás. Isso dá à membrana uma seletividade única que eventualmente fornece a técnica de separação de gás com permeabilidade ajustável e alta seletividade, bem como o potencial para ser usado em larga escala. A funcionalidade aumentada dos filmes PEI de baixo custo torna essas membranas de separação de gás muito atraentes para as aplicações.

p "Através da nossa colaboração com a Universidade de Bolonha e Graphene-XT dentro da Flagship, fomos capazes de avaliar a natureza escalonável desta pesquisa em plantas industriais para separar gases, "disse Palermo.

p "Os autores elevam a um novo patamar o conceito de estruturas compostas bidimensionais. Eles conseguiram produzir pilhas periódicas de materiais em camadas e polímeros unidimensionais, em grandes áreas, usando forças eletrostáticas fracas. Desta forma, eles observam um processo de permeação de gás muito diferente do que é observado em pilhas "clássicas" de nanofolhas bidimensionais, "disse Xinliang Feng, o líder do Pacote de Trabalho Funcional de Espuma e Revestimentos da Graphene Flagship, "Este trabalho demonstra o poder e a versatilidade das abordagens químicas para construir estruturas complexas; digno de nota, também vem de uma colaboração dos parceiros do Pacote de Trabalho de Espuma Funcional e Revestimentos com uma PME parceira que apoia nossos projetos de ponta. "

p Professora Andrea C. Ferrari, Diretor de Ciência e Tecnologia da Capitânia do Grafeno, e Presidente do seu Painel de Gestão, acrescentou "Este é outro exemplo de como o Graphene Flagship pode combinar a tecnologia de ponta da pesquisa com aplicações práticas. O potencial do grafeno e de materiais relacionados na tecnologia de membrana foi reconhecido desde o início, e este trabalho o aproxima de aplicações generalizadas. "