Ao criar buracos em escala atômica em membranas atomicamente finas, deve ser possível criar peneiras moleculares para separação de gás precisa e eficiente, incluindo extração de dióxido de carbono do ar, descobriram pesquisadores da Universidade de Manchester.
Se um tamanho de poro em uma membrana é comparável ao tamanho de átomos e moléculas, eles podem passar através da membrana ou ser rejeitados, permitindo a separação de gases de acordo com seus diâmetros moleculares. As tecnologias industriais de separação de gases usam amplamente esse princípio, muitas vezes contando com membranas de polímero com porosidade diferente. Há sempre uma compensação entre a precisão da separação e sua eficiência:quanto mais fino você ajustar os tamanhos dos poros, menos fluxo de gás essas peneiras permitirão.

Há muito se especula que, usando membranas bidimensionais semelhantes em espessura ao grafeno, pode-se alcançar compensações muito melhores do que as atualmente alcançadas porque, ao contrário das membranas convencionais, as membranas atomicamente finas devem permitir fluxos de gás mais fáceis para a mesma seletividade.

Agora, uma equipe de pesquisa liderada pelo professor Sir Andre Geim da Universidade de Manchester, em colaboração com cientistas da Bélgica e da China, usou elétrons de baixa energia para perfurar buracos individuais em escala atômica no grafeno suspenso. Os buracos caíram em tamanhos para cerca de dois angstroms, menores do que até mesmo os menores átomos, como hélio e hidrogênio.

Na edição de dezembro da Nature Communications , os pesquisadores relatam que alcançaram uma seletividade praticamente perfeita (melhor que 99,9%) para gases como hélio ou hidrogênio em relação ao nitrogênio, metano ou xenônio. Além disso, as moléculas de ar (oxigênio e nitrogênio) passam facilmente pelos poros em relação ao dióxido de carbono, que é>95% capturado.

Os cientistas apontam que, para tornar práticas as membranas bidimensionais, é essencial encontrar materiais atomicamente finos com poros intrínsecos, ou seja, poros dentro da própria rede cristalina.

"As peneiras de precisão para gases são certamente possíveis e, de fato, conceitualmente não são muito diferentes daquelas usadas para peneirar areia e materiais granulados. No entanto, para tornar essa tecnologia relevante industrialmente, precisamos de membranas com poros densamente espaçados, não furos individuais criados em nosso estudo para provar o conceito pela primeira vez. Só então os altos fluxos necessários para a separação de gás industrial podem ser alcançados", diz o Dr. Pengzhan Sun, principal autor do artigo.

A equipe de pesquisa agora planeja pesquisar esses materiais bidimensionais com grandes poros intrínsecos para encontrar os mais promissores para futuras tecnologias de separação de gases. Esses materiais existem. Por exemplo, existem vários grafinos, que também são alótropos de carbono atomicamente finos, mas ainda não fabricados em escala. Eles se parecem com grafeno, mas têm anéis de carbono maiores, semelhantes em tamanho aos defeitos individuais criados e estudados pelos pesquisadores de Manchester. O tamanho certo pode tornar os granos perfeitamente adequados para a separação de gases. + Explorar mais

Membranas de peneira molecular zero-dimensional para aumentar a seletividade de separação de gases