تولید سبز- دانشمندان در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی به فناوری غشایی جدیدی دست یافته اند که به وسیله آن می توان امکان حذف کارآمدتر دی اکسید کربن از گازهای مخلوط، مانند انتشار گازهای گلخانه ای را از نیروگاه ها را فراهم کرد.
برای نشان دادن توانایی غشاهای جدید جاذب گازهای گلخانه ای، متوجه مواد CO2 و دی اکسید نیتروژن شدیم، زیرا آنها گازهای گلخانه‌ای مهمی هستند که از دودکش نیروگاه‌ها خارج می شوند.
مطالعه ها نشان داده که امکان گزینش‌پذیری غشاها برای حذف CO2 در حالی که نفوذپذیری به نسبت بالایی را حفظ می کنند، وجود دارد.
سپونتاک، استاد مهندسی شیمی و بیومولکولی و استاد علوم و مهندسی مواد در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی در این باره می‌گوید: « مخلوط‌های دی اکسید کربن و متان را که برای صنعت گاز طبیعی مهم است، بررسی کردیم. علاوه بر این، این غشاهای فیلتر کننده دی اکسید کربن را می توان در هر شرایطی که نیاز به حذف دی اکسید کربن از گازهای مخلوط شده داردمورد استفاده قرار داد. این شامل کاربردهای زیست پزشکی و یا پاکسازی دی اکسید کربن موجود در هوا در یک زیردریایی نیز می شود.
از آنجایی که غشاها فضای فیزیکی زیادی را اشغال نمی‌کنند، می‌توان آنها را در اندازه‌های مختلف ساخت و به راحتی می‌توان آنها را جایگزین کرد، آنها یک فناوری جذاب برای حذف دی اکسید کربن از گازهای گلخانه ای هستند. فناوری دیگری که اغلب برای حذف این گاز مورد استفاده قرار می گیرد ، جذب شیمیایی است که شامل ایجاد حباب از گازهای گلخانه ای از طریق ستونی است که حاوی آمین مایع است - که دی اکسید کربن را از گاز حذف می کند. البته آمین‌های مایع معمولا سمی و خورنده هستند.
این فیلترهای غشایی جدید با اجازه دادن به دی اکسید کربن برای عبور سریعتراز غشا نسبت به سایر اجزای موجود در گاز های گلخانه ای عمل می کند. در نتیجه، گازی که از طرف دیگر غشا خارج می شود نسبت دی اکسید کربن بیشتری نسبت به گاز ورودی به غشا دارد. با جذب گازی که از غشاء خارج می شود، Cدی اکسید کربن بیشتری نسبت به سایر گازهای تشکیل دهنده جذب می کنید.
یک چالش طولانی مدت برای چنین غشاهایی، مبادله بین نفوذپذیری و گزینش پذیری بوده است. هرچه نفوذپذیری بیشتر باشد، می توانید گاز را با سرعت بیشتری از غشاء عبور دهید. اما وقتی نفوذپذیری بالا می‌رود، گزینش پذیری کاهش می‌یابد – به این معنی که نیتروژن یا سایر اجزاء نیز به سرعت از غشا عبور می‌کنند – و نسبت CO2 به سایر گازهای موجود در مخلوط را کاهش می‌دهد. به عبارت دیگر، وقتی گزینش پذیری کاهش می یابد، دی اکسید کربن به نسبت کمتری جذب می شود.
تیم محققان این مشکل را با رشد زنجیره های پلیمری فعال شیمیایی که هم آبدوست و هم دی اکسید کربن دوست هستند بر روی سطح غشاهای موجود برطرف کردند. این امر انتخاب دی اکسید کربن را افزایش می دهد و باعث کاهش به نسبت کمی در نفوذپذیری می شود.
ماریوس ساندرو، نویسنده مقاله و پژوهشگر ارشد در صنعت SINTEF، دریک تحقیق مستقل، می‌گوید: به طور خلاصه، با تغییر کمی در نفوذپذیری، نشان داده‌ایم که می‌توانیم گزینش‌پذیری را تا حدود 150 برابر افزایش دهیم.
یکی دیگر از چالش های پیش روی فیلترهای غشایی دی اکسید کربن هزینه است. هرچه فناوری‌های غشایی موثر تر بود، گران‌تر نیز بود.
سپونتاک افزود: ما می‌خواستیم فناوری‌ای ایجاد کنیم که از نظر تجاری قابل رقابت باشد، فناوری ما با غشاهایی شروع شد که در حال حاضر در حال استفاده گسترده هستند. ما سپس سطح این غشاها را برای بهبود گزینش پذیری مهندسی کردیم و در حالی که این کار هزینه را افزایش داد، اما به نظر می رسد غشاهای اصلاح شده همچنان مقرون به صرفه هستند.
به گفته وی گام‌های بعدی این است که ببینیم تکنیک‌هایی که در اینجا توسعه یافته اند تا چه حد می‌توانند برای سایر پلیمرها به کار رود تا نتایج قابل مقایسه یا حتی برتر داشته باشیم برای ارتقای فرآیند ساخت نانو.
نتایج آزمایش های اولیه جهت مهندسی غشاعای جاذب دی اکسید کربن هیجان‌انگیز بوده، اما هنوز برای بهینه‌سازی این فرآیند اصلاح تلاش جا باقی مانده است.
محققان درگیر پروژه مذکور همچنین علاقه مند به بررسی کاربردهای دیگر این غشای جاذب پلیمری هستند، مانند اینکه آیا فناوری جدید غشایی می تواند در دستگاه های ونتیلاتور زیست پزشکی یا دستگاه های فیلتراسیون در بخش آبزی پروری استفاده شود؟
منبع:"سایتک دیلی - رویکرد یکپارچه مواد به غشای پلیمری CO2 فوق تراوا و فوق انتخابی" نوشته شده از سوی ماریوس ساندرو، یوجنیا ام. ساندرو، وید اف. اینگرام، جینگ دنگ، پر ام استنستاد، لیوان دنگ و ریچارد جی سپونتاک،
ترجمه: تولید سبز
