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原子厚石墨烯是怎么樣分離氣體混合物的呢?

鉅大LARGE  |  點擊量:1412次  |  2018年08月10日  

石墨烯的應用廣泛,開發空間大,研究空間更大。桑聯邦理工學院的化學工程師們不懈努力,首次證實原子厚石墨烯能高效分離氣體混合物。這種“終極“膜還可以擴展,將成為工業氣體分離的突破口。

把混合氣體(如空氣)分離為各自的單組分的過程可以用于多種工業應用,包括沼氣生產、金屬加工中的空氣富集、天然氣中有毒氣體的去除,以及氨廠和煉油廠的氫回收。氣體分離過程經常會用到聚合物(如纖維素)或其他材料制成的合成膜。近年來,研究轉向了被稱為“終極“膜的單原子厚度石墨烯膜,它被證明是最薄的分子屏障,因此也是最有效的膜,具有出色的滲透性、強度和可擴展性。

然而,開發石墨烯的過程中遇到了兩個瓶頸:第一,缺乏將分子大小的孔結合到石墨烯層中的方法;第二,缺少制造高強度、無缺陷大面積石墨烯膜的方法。

現在研究迎來了重大突破,可以解決以上問題。EPFLValaisWallis的KumarVaroonAgrawal團隊開發出一種大面積單層石墨烯膜,可高效分離氫氣和甲烷(分離系數高達25%),孔隙率僅為0.025%,具有前所未有的氫滲透性。

這種獨特的膜上有可讓氫滲透通過的納米孔,也就是“氣體篩”。該膜在工業壓力和溫度下可以保持穩定(至少高達7bar和250℃)。更重要的是,團隊能夠制造出1平方米的表面無缺陷薄膜膜,遠超先前報道中的幾平方微米。Agrawal的團隊如今正致力于在石墨烯中摻入更高密度的納米孔,以實現石墨烯的真正潛能。

Agrawal表示:“這是一種生產無缺陷石墨烯層的創新技術,要實現原子厚石墨烯膜的終極性能還有很長的路要走,未來可應用與許多重要的分離應用,包括碳捕獲、氫回收和清潔飲用水的凈化。”

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