2022-04-01 ノースカロライナ州立大学（NCState）
Image credit: Chris Robert.
・メンブレンフィルターは、混合ガス中の他の成分よりもCO2を早く膜を通過させるという仕組みになっている。その結果、膜の反対側を通過するガスは、膜に入ったガスよりもCO2の割合が高くなる。膜を通過するガスを捕捉することで、他の成分のガスよりもCO2を多く捕捉することができる。
・このような膜の長年の課題は、透過性と選択性のトレードオフであった。透過性が高ければ高いほど、膜を通してガスを素早く移動させることができる。しかし、透過率が高くなると、選択性が低下する。つまり、窒素や他の成分も膜を素早く通過してしまい、混合ガス中のCO2と他のガスの比率が低下してしまう。つまり、選択性が下がると相対的にCO2の捕獲量が少なくなる。
・米国とノルウェーの研究チームは、既存の膜の表面に親水性と親CO2性を併せ持つ化学活性ポリマー鎖を成長させることで、この問題に対処することに成功した。これにより、CO2選択性が高まり、透過率の低下も比較的少なくなる。
＜関連情報＞
- https://news.ncsu.edu/2022/04/better-tech-for-capturing-co2/
- https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj9351
超高透過・超高選択性CO2高分子膜への統合的材料アプローチ An integrated materials approach to ultrapermeable and ultraselective CO2 polymer membranes
MARIUS SANDRU,EUGENIA M. SANDRU,WADE F. INGRAM,JING DENG,PER M. STENSTAD,LIYUAN DENG AND RICHARD J. SPONTAK
Science Published:31 Mar 2022
DOI: 10.1126/science.abj9351
Abstract
Advances in membrane technologies that combine greatly improved carbon dioxide (CO2) separation efficacy with low costs, facile fabrication, feasible upscaling, and mechanical robustness are needed to help mitigate global climate change. We introduce a hybrid-integrated membrane strategy wherein a high-permeability thin film is chemically functionalized with a patchy CO2-philic grafted chain surface layer. A high-solubility mechanism enriches the concentration of CO2 in the surface layer hydrated by water vapor naturally present in target gas streams, followed by fast CO2 transport through a highly permeable (but low-selectivity) polymer substrate. Analytical methods confirm the existence of an amine surface layer. Integrated multilayer membranes prepared in this way are not diffusion limited and retain much of their high CO2 permeability, and their CO2 selectivity is concurrently increased in some cases by more than ~150-fold.
