Las membranas de grafeno de alta selectividad mejoran la eficiencia de captura de CO₂

6 de julio de 2024 característica

Este artículo ha sido revisado de acuerdo al proceso editorial y políticas de Science X. Los editores han destacado los siguientes atributos mientras aseguran la credibilidad del contenido:

• verificado
• publicación revisada por pares
• fuente confiable
• corregido

por Ingrid Fadelli, Phys.org

Reducir las emisiones de dióxido de carbono (CO₂) es un paso crucial hacia la mitigación del cambio climático y la protección del medio ambiente en la Tierra. Una tecnología propuesta para reducir las emisiones de CO₂, especialmente de plantas de energía y establecimientos industriales, es la captura de carbono.

La captura de carbono implica la separación del CO₂ de las emisiones de gases mezclados y su captura para evitar su liberación en el aire. Una forma de hacer esto es utilizar membranas especiales que sirven como 'barreras' selectivas, permitiendo que el CO₂ pase a través de ellas y lo absorba, mientras bloquea el paso de otros gases.

Hasta ahora, desarrollar membranas de alto rendimiento y bajo costo que puedan capturar CO₂ ha resultado un desafío. Esto ha reducido significativamente el potencial de estas soluciones para aplicaciones en el mundo real.

Investigadores de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) introdujeron recientemente nuevas membranas de grafeno que podrían permitir una captura de carbono de alto rendimiento. Estas membranas, presentadas en un artículo publicado en Nature Energy, incorporan nitrógeno piridínico en los bordes de sus poros, lo que facilita la unión del CO₂ a sus poros.

'Estábamos buscando mejorar el rendimiento de separación de las membranas de grafeno,' dijo Kumar Varoon Agrawal, autor correspondiente del artículo, a Phys.org. 'Habíamos hecho mucho trabajo en aumentar la porosidad del grafeno, mejorar la distribución del tamaño de los poros y agregar grupos de polímeros al poro para mejorar la selectividad CO2/N2 así como obtener una alta permeancia de CO2. Sin embargo, obteníamos alta permeancia o alta selectividad pero no ambas.'

Después de revisar la literatura anterior y llevar a cabo sus propios estudios destinados a desarrollar membranas para la captura de carbono, Agrawal y sus colegas se dieron cuenta de que aún faltaban membranas basadas en grafeno que exhibieran tanto alta selectividad como permeancia. Para avanzar hacia el desarrollo de estas soluciones, se propusieron idear un método que mejorara la unión de CO₂ a los poros del grafeno.

El método que propusieron implica exponer amoníaco a grafeno de una sola capa oxidado a temperatura ambiente. Se encontró que este proceso incorpora nitrógeno piridínico en los bordes de los poros de la membrana, lo que aumenta la unión de estos poros con el CO2.

'Introdujimos N atómico en el poro de grafeno en forma de N piridínico,' dijo Agrawal. 'Esta forma de N tiene una alta afinidad con el CO2. Este enfoque es beneficioso porque la red de grafeno permanece delgada como un átomo y nos permite obtener tanto alta selectividad como permeancia.'

Los investigadores encontraron que su método condujo a membranas con un factor de separación promedio CO2/N2 de 53 y una permeancia promedio de CO2 de 10,420 desde una corriente que contiene 20 vol% de CO2. Para una corriente diluida de CO2 con un porcentaje de volumen de ~1, la membrana alcanzó factores de separación por encima de 1,000.

'Pudimos llevar a cabo la incorporación de N piridínico mediante un método simple, simplemente remojando grafeno poroso en amoníaco,' dijo Agrawal. 'Notamos que esto llevó a una notable mejora en la selectividad CO2/N2 mientras mantenía una permeancia excepcional. Además, esto llevó a una selectividad CO2/N2 extremadamente alta para alimentación de CO2 diluida, por encima de 1,000, lo cual es extremadamente atractivo.'

Las membranas de grafeno desarrolladas por Agrawal y sus colegas y el enfoque utilizado para fabricarlas podrían abrir nuevas oportunidades para la implementación a gran escala de técnicas de captura de carbono. Los investigadores ahora están trabajando en escalar las membranas y simplificar su fabricación mediante síntesis roll-to-roll, para facilitar su futura comercialización.

Información de la revista: Nature Energy

© 2024 Science X Network