NETL开发下一代碳捕集技术

美国国家能源技术实验室（NETL）的研究人员开发了一种定制低成本膜的方法，可以更有效地从大量烟气中的氮气中分离出二氧化碳（CO2）。在燃烧后的碳捕集操作中实现高选择性和高渗透性的能力是当今膜研究人员面临的最困难的问题之一。NETL小组通过将具有不同关键特性的多个膜组件化学结合到一种高性能材料中来解决了这一难题，该材料可以轻松按比例扩大规模以减少大规模碳捕获操作的成本。

这项工作最近在《细胞报告物理科学》杂志上发表，它是建立在实验室开发混合基质膜（MMM）的专业知识的基础上的，该混合物将坚固的聚合物与无机晶体颗粒相结合，从而提高了选择性和渗透性。先前的工作着眼于整合金属有机骨架（MOF）以创建两组分MMM，但是这项研究通过制造三组分和四组分MMM（称为多组分混合基质膜（McMMM））使这一过程更进一步。

“高渗透性的膜往往具有较低的选择性，反之亦然。NETL研究科学家Sameh K. Elsaidi博士解释说，而且几乎没有膜材料，甚至是两组分的MMM也能打破渗透率-选择性的折衷。“通过使用多组分MMM配制我们的膜，我们打开了一个全新的领域，以增强相容性和气体分离性能。”

这项研究生产了10种不同的复合膜，其成分经过选择以提高相容性，渗透性，选择性和机械稳定性。

Elsaidi补充说：“不同成分之间的兼容性对配方尤为重要。”“我们通过选择具有开放金属中心的MOF来优化这种界面兼容性，这些MOF可以与聚合物的官能团强烈相互作用，从而形成均匀，掺合良好，无缺陷的MMM。”

“我们使用密度泛函理论计算表明聚合物官能团与开放金属中心之间的相互作用非常强，”也参与了该项目的Janice Steckel博士评论说。“我们相信金属中心之间的这些强相互作用该聚合物可最大程度地减少相分离，并有助于这些复合材料的出色分离性能。”

作为这项工作的一部分，NETL团队还估计了使用10种定制膜中的每一种膜进行碳捕集的成本，最低成本为55美元/吨，与目前的平均65美元/吨相比，这可节省大量成本。吨，这是朝着达到美国能源部2030年每吨二氧化碳30美元的目标迈出的重要一步。

“尽管这项研究仅涉及10种复合膜，但我们开发的方法为具有独特配方和新技术性能的多种MMM开辟了一条新的探索之门，” Elsaidi说。

这不是NETL团队第一次解决渗透率-选择性的权衡问题。NETLs功能材料小组的Elsaidi和其他研究人员最近还通过双层工艺开发了一种高渗透性的碳捕获膜。

Elsaidi说：“我们相信，我们在NETL研发的膜代表了下一代燃烧后碳捕集技术。”“这项工作正在真正降低碳捕获成本，这意味着该国将拥有更强大的能源基础和更好的环境可持续性。”

研究团队包括NETL研究人员Sameh Elsaidi博士，Surendar Venna博士，Ali Sekizkardes博士，Janice A. Steckel博士，James Baker博士，John Baltrus博士和David Hopkinson博士，以及Mona Mohamed博士。 ，来自匹兹堡大学。