Преобразование CO2 в метанол – один из способов найти хорошее применение CO2. В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Science, инженеры-химики из Политехнического института Ренсселера продемонстрировали, как сделать процесс преобразования CO2 в метанол более эффективным, используя изготовленную ими высокоэффективную разделительную мембрану. По словам исследователей, этот прорыв может улучшить ряд промышленных процессов, которые зависят от химических реакций, в которых вода является побочным продуктом.
Например, химическая реакция, отвечающая за превращение CO2 в метанол, также приводит к образованию воды, что сильно ограничивает продолжение реакции.
Команда Ренсселера намеревалась найти способ отфильтровать воду в процессе реакции, не теряя при этом другие важные молекулы газа.
Исследователи собрали мембрану, состоящую из ионов натрия и кристаллов цеолита, которая могла аккуратно и быстро пропускать воду через небольшие поры, известные как водопроводящие наноканалы, без потери молекул газа.
«Натрий действительно может регулировать или настраивать проницаемость газа», – сказал Мяо Ю, профессор кафедры химической и биологической инженерии и член Центра биотехнологии и междисциплинарных исследований (CBIS) в Ренсселере, который руководил этим исследованием. "Как будто ионы натрия стоят у ворот и пропускают только воду. Когда поступает инертный газ, ионы блокируют газ."
В прошлом, по словам Ю, мембрана этого типа была подвержена дефектам, которые могли позволить другим молекулам газа просачиваться наружу. Его команда разработала новую стратегию оптимизации сборки кристаллов, которая устранила эти дефекты.
По словам Юя, когда вода была эффективно удалена из технологического процесса, команда обнаружила, что химическая реакция может происходить очень быстро.
«Когда мы можем удалить воду, равновесие сдвигается, а это означает, что больше CO2 будет преобразовано и больше метанола будет произведено», – сказал Хуачжэн Ли, научный сотрудник Rensselaer и первый автор статьи.
«Это исследование является ярким примером значительного вклада профессора Ю и его команды в решение междисциплинарных проблем в области воды, энергии и окружающей среды», – сказал Дипак Вашишт, директор CBIS. "Разработка и внедрение таких специализированных мембран группой профессора Ю обещают быть высокоэффективными и практичными."
В настоящее время команда работает над разработкой масштабируемого процесса и запуском компании, которая позволила бы использовать эту мембрану в коммерческих целях для производства метанола высокой чистоты.
Ю сказал, что эту мембрану также можно использовать для улучшения ряда других реакций.
«В промышленности существует так много реакций, ограниченных водой», – сказал Юй. «Это единственная мембрана, которая может высокоэффективно работать в суровых условиях реакции."