原子レベルの薄さのグラフェン膜が炭素捕獲を効率化(Atom-thin graphene membranes make carbon capture more efficient)

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2024-06-25 スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)

世界が気候変動と戦う中、効率的で費用対効果の高い炭素捕捉技術の需要が急増しています。科学者たちは、産業の炭素排出を大幅に削減するための革新的な技術を探求しており、これは地球温暖化の緩和に不可欠です。その一つが、発電所やセメント工場、製鉄所、廃棄物焼却炉などの排出源から二酸化炭素を削減するカーボンキャプチャー、利用、および貯蔵(CCUS)技術です。最新の研究では、高効率でCO2を選択的に捕捉する膜の開発を目指しています。EPFLのクマール・ヴァルーン・アグラワール率いる研究チームは、グラフェンの孔の端にピリジン窒素を組み込むことで、CO2の捕捉性能を飛躍的に向上させる膜を開発しました。この膜は、高いCO2透過性と選択性を兼ね備え、産業用途に有望です。

<関連情報>

細孔端にピリジン性窒素を導入したグラフェン膜で高性能CO2回収を実現 Graphene membranes with pyridinic nitrogen at pore edges for high-performance CO2 capture

Kuang-Jung Hsu,Shaoxian Li,Marina Micari,Heng-Yu Chi,Luis Francisco Villalobos,Shiqi Huang,Liping Zhong,Shuqing Song,Xuekui Duan,Andreas Züttel & Kumar Varoon Agrawal
Nature Energy  Published:11 June 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41560-024-01556-0

原子レベルの薄さのグラフェン膜が炭素捕獲を効率化(Atom-thin graphene membranes make carbon capture more efficient)

Abstract

Membranes based on a porous two-dimensional selective layer offer the potential to achieve exceptional performance to improve energy efficiency and reduce the cost for carbon capture. So far, separation from two-dimensional pores has exploited differences in molecular mass or size. However, competitive sorption of CO2 with the potential to yield high permeance and selectivity has remained elusive. Here we show that a simple exposure of ammonia to oxidized single-layer graphene at room temperature incorporates pyridinic nitrogen at the pore edges. This leads to a highly competitive but quantitatively reversible binding of CO2 with the pore. An attractive combination of CO2/N2 separation factor (average of 53) and CO2 permeance (average of 10,420) from a stream containing 20 vol% CO2 is obtained. Separation factors above 1,000 are achieved for dilute (~1 vol%) CO2 stream, making the membrane promising for carbon capture from diverse point emission sources. Thanks to the uniform and scalable chemistry, high-performance centimetre-scale membranes are demonstrated. The scalable preparation of high-performance two-dimensional membranes opens new directions in membrane science.

1700応用理学一般
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