Сбор двуокиси углерода важен во многих коммерческих областях, включая производство газированных напитков, охлаждение, восстановление нефти и щелочную обработку воды. Мембранное газоразделение - это один из методов сбора и хранения таких газов, как CO2из воздуха.
Благодаря естественной пористости и низкой стоимости металлоорганические каркасы (MOF) завоевали ценную позицию в мембранном газоразделении. Однако, к сожалению, MOF имеют ограниченную производительность из-за своей структуры, что приводит к медленному внедрению технологии в отрасли, что снижает стоимость для всех.
В ходе предварительного исследования, проведенного Университетом науки и технологии Миссури, исследователи использовали 3D-печать, чтобы продемонстрировать возможности альтернативных композитных фильтров MOF. Хотя еще предстоит выполнить некоторую тонкую настройку, результаты кажутся многообещающими для широкомасштабного внедрения.
Как для аналогичной адсорбции
Выращенные в виде кристаллов в контролируемых температурных условиях, MOF состоят из сгруппированных ионов металлов, подобные которым обычно извлекаются из минеральных камней. Вместо того, чтобы поглощать атомы газа, MOF поглощают молекулы, собирая их на поверхности для последующего сбора или переработки.
В исследовании Missouri S&T два отдельно стоящих монолита MOF были напечатаны на 3D-принтере, чтобы соответствовать физическим и структурным характеристикам типичных порошковых эквивалентов: первый назван MOF-74 (Ni), а второй UTSA. -16(Со).
Испытания в закрытом помещении показали, что оба монолита продемонстрировали скорость впитывания, сравнимую со своим аналогом: первый достигает 79% способности порошка, а второй достигает 87%.
Фильтрация газов нового поколения и запуски ракет в космос
Результаты исследования Missouri S&T, проведенного Харшулом Таккаром, Стивеном Истманом, Касимом Аль-Наддафом, Али А. Роунаги и Фатеме Резаи, опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.
В заключении говорится, что «мы считаем, что эта работа обеспечивает новую перспективу проверки концепции для изготовления монолитов MOF, которые можно использовать для различных процессов разделения на основе адсорбции».
В случае успеха конструкции могут представить новую волну систем фильтрации газа, снизив стоимость производства энергии.
Согласно исследованию, опубликованному в Journal of Membrane Science, Volume 359, Issues 1-2, в среднем традиционные методы разделения газов стоят 40-100 долларов США за тонну CO 2. Для сравнения, мембранная сепарация стоит около 23 долларов за тонну. Этот процесс также требует только 16% энергии, производимой угольной электростанцией, в то время как для альтернативы требуется около 30%.
В ходе разработки изучаемые здесь MOF также могут быть настроены на структуру, пригодную для хранения летучего газообразного водорода, что может быть полезно при разработке передовых космических аппаратов для исследования.