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大面积原子厚石墨烯膜可用于工业气体分离首次被证实

信息来源:www.cqjfqt.com 发布时间:2018-08-24

据新材料在线2018年7月17日讯 瑞士洛桑联邦理工学院(Ecole Polytechnique Federale de Lausanne(EPFL))的化学工程师们不懈努力,首次证实原子厚石墨烯能高效分离气体混合物。这种“终极”膜还可以伸缩扩展,将成为工业气体分离的突破口。

纳米多孔碳增强的单层纳米多孔石墨烯,可以用于从甲烷中分离氢


混合气体(如空气)分离为各自的单组分的过程可以用于多种工业应用,包括沼气生产、金属加工中的空气富集、天然气中有毒气体的去除,以及氨厂和炼油厂的氢回收。气体分离过程经常会用到聚合物(如纤维素)或其他材料制成的合成膜。近年来,研究转向了被称为“终极“膜的单原子厚度石墨烯膜,它被证明是最薄的分子屏障,因此也是最有效的膜,具有出色的渗透性、强度和可扩展性。
然而,开发石墨烯的过程中遇到了两个瓶颈:第一,缺乏将分子大小的孔结合到石墨烯层中的方法;第二,缺少制造高强度、无缺陷大面积石墨烯膜的方法。
现在研究迎来了重大突破,可以解决以上问题。EPFL Valais Wallis的库马尔·瓦龙·阿格拉沃尔(Kumar Varoon Agrawal)团队开发出一种大面积单层石墨烯膜,可高效分离氢气和甲烷(分离系数高达25%),孔隙率仅为0.025%,具有前所未有的氢渗透性。


这种独特的膜上有可让氢渗透通过的纳米孔,也就是“气体筛”。该膜在工业压力和温度下可以保持稳定(至少高达7 bar和250℃)。更重要的是,团队能够制造出1平方米的表面无缺陷薄膜膜,远超先前报道中的几平方微米。阿格拉沃尔的团队如今正致力于在石墨烯中掺入更高密度的纳米孔,以实现石墨烯的真正潜能。
阿格拉沃尔表示:“这是一种生产无缺陷石墨烯层的创新技术,要实现原子厚石墨烯膜的终极性能还有很长的路要走,未来可应用与许多重要的分离应用,包括碳捕获、氢回收和清洁饮用水的净化。”

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