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佐治亚理工学院获得基金开发使用纳米多孔材料的中空纤维膜

Published on August 16, 2010 at 6:32 AM

在佐治亚技术研究所的研究人员使用的是高级研究计划局的资助 - 能源 - 又称ARPA - E - 两个不同的追求,但相关的,为消除燃煤电厂烟气二氧化碳的方法。

发电厂产生约三分之一在美国每年排放的所有二氧化碳。研究人员将尝试使用独特的高密度的中空纤维的属性,删除大量的温室气体的排放量制定符合成本效益的技术。

在一个项目中,直接授予佐治亚理工学院的研究人员正在开发将使用多孔金属 - 有机骨架材料分开烟气二氧化碳的中空纤维复合膜。在其他项目中,乔治亚理工学院的研究人员正在协助橡树岭国家实验室的同事在发展,会像海绵一样吸收二氧化碳的中空纤维吸附剂 - 然后在加热时释放它。

双方将采取非常高的聚合物纺中空纤维表面对体积属性的优势。膜项目,研究人员设想一个中等大小的纤维允许使用小型的足迹建设的范围内提供的膜面积一百万平方米。

他说:“这个挑战是有技术,不仅身体的作品,但可以建立在规模大,运作成本低廉,”戴维说Sholl,谁领导膜项目,并在佐治亚理工学院化学学院教授生物分子工程。 “如果我们成功,这项技术可以有一个非常显著的影​​响,试图减少来自煤炭燃烧产生的的碳排放量。”

捕获发电厂的二氧化碳排放量是有道理的,因为那里的排放量都集中Sholl说。但目前的技术,其中包括通过烟道气体的水溶液冒泡,然后移除的二氧化碳,将消耗至少各电厂所产生的能量第三。

膜理论上可以从其他气体中分离出来的二氧化碳,使用更少的能源输入。但是,没有现有的膜材料可以做的工作,而强大到足以在敌对环境 - 烟气和需要大面积的廉价足够中运作。

Sholl,谁是一个乔治亚研究联盟杰出学者在能源的可持续性,说:“”卷是真正的令人难以置信的任何方式,你看它 - 是每秒生产多少煤烧多少天然气。 “有了一个非常好的膜,我们就需要一百万平方米,面积达每电厂一样的东西,这一数额听起来似乎是不可能的,但它的东西已经被做在海水淡化设施。”

威廉克勒什河,谁是这两个项目的工作,在化学和生物分子工程学院教授说,中空纤维,比一根头发没有较厚的是提供足够的膜表面积的关键。

克勒什河说:“谁是格鲁吉亚的研究”取决于细节的设计,接触面积,可以打包成立方米膜或吸附剂量可数百或数千倍以上,可以通过竞争方式实现,膜科学与技术联盟杰出学者。 “这将使我们的新的碳捕获材料放入已经拥挤的发电厂。”

Sholl和他的同事们使用计算技术,到屏幕上的近5000个化合物,可用于在金属有机骨架材料,这是亚微米尺度的晶体,将被添加到纤维从其他气体中分离出来的二氧化碳。使用的计算方法,他们希望削减候选材料的数量高达数50,合成和测试。

“我们正在试图连接到实际可以在膜中使用的材料计算的筛选和预测,卡森说:”迪斯,在化学和生物分子工程学院教授。 “我们将研究这些化合物迅速,只是利益衡量的关键属性。”

这些属性包括渗透率 - 的能力,让二氧化碳通过 - 和选择性,这将使其能够排除其他气体。这筛查应该削减到少数,实际上将被用来做更详细的测试膜的候选人人数,Sholl说。

在两年的资助期结束,研究人员预计,已在实验室规模的中空纤维膜生产和测试。然后,他们将与制造商合作,以产生一个中试规模的试验的纤维束。

电厂烟气中含有氮氧化物和硫氧化物,以及水分,可以结合造成腐蚀。水分本身也可能导致一些膜的问题。此外,烟气中含有微量如氯气和汞的化合物,也可能损害膜。

“我们真的不知道,直到我们把烟气流膜的污染物会做什么,”Sholl说。 “的一个关键问题将表明,这些材料将今天和明天的工作,很长一段时间后的材料在真实环境中的稳健性的东西,我们要了解。”

一个中空纤维膜为基础的碳捕获系统可能会删除从工厂排放的二氧化碳高达90%。但是,有代价的:即使在最好的情况计算,拆除将需要至少10%的工厂的能源。

“现实情况是,世界各地的所有国家都将燃烧煤炭在可预见的未来,”Sholl。 “我们确实没有选择,因为我们没有在我们从煤炭的水平基线负载的其他良好来源。任何技术,经济地捕捉从这些设施中的碳,可以产生大的影响。”

来源: http://www.gatech.edu/

Last Update: 4. October 2011 17:56

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