Un nouveau système développé par des ingénieurs chimistes du MIT pourrait fournir un moyen d’éliminer en continu le dioxyde de carbone d’un flux de gaz résiduaires, voire de l’air. Le composant clé est une membrane assistée électrochimiquement dont la perméabilité au gaz peut être activée et désactivée à volonté, en utilisant aucune pièce mobile et relativement peu d’énergie.




Les membranes elles-mêmes, en oxyde d’aluminium anodisé, ont une construction en forme de nid d’abeille composée d’ouvertures hexagonales qui permettent aux molécules de gaz d’entrer et de sortir lorsqu’elles sont à l’état ouvert. Cependant, le passage du gaz peut être bloqué lorsqu’une wonderful couche de métal est déposée électriquement pour recouvrir les pores de la membrane. Le travail est décrit dans la revue Science Advances, dans un report du professeur T. Alan Hatton, du post-doctorant Yayuan Liu et quatre autres.

Un système commutable électriquement pourrait séparer les gaz en continu sans avoir besoin de pièces mobiles ou d'espace perdu

Ce nouveau mécanisme de « déclenchement de gaz » pourrait être appliqué à l’élimination keep on du dioxyde de carbone d’une gamme de flux d’échappement industriels et de l’air ambiant, selon l’équipe. Ils ont construit un dispositif de preuve de idea pour montrer ce processus en action.




L’appareil utilise un matériau absorbant le charbon actif redox, pris en sandwich entre deux membranes de déclenchement de gaz commutables. Le sorbant et les membranes de déclenchement sont en call étroit l’un avec l’autre et sont immergés dans un électrolyte organique pour fournir un milieu permettant aux ions zinc de faire la navette d’avant en arrière. Ces deux membranes de grille peuvent être ouvertes ou fermées électriquement en commutant la polarité d’une stress entre elles, provoquant la navette des ions de zinc d’un côté à l’autre. Les ions bloquent simultanément un côté, en formant un movie métallique dessus, tout en ouvrant l’autre, en dissolvant son film.

Lorsque la couche de sorbant est ouverte du côté où s’écoulent les gaz résiduaires, le matériau absorbe facilement du dioxyde de carbone jusqu’à ce qu’il atteigne sa capacité. La stress peut alors être commutée pour bloquer le côté alimentation et ouvrir l’autre côté, où un flux concentré de dioxyde de carbone presque pur est libéré.

En construisant un système avec des sections alternées de membrane qui fonctionnent dans des phases opposées, le système permettrait un fonctionnement continu dans un environnement tel qu’un laveur industriel. À tout instant, la moitié des sections absorberait le gaz tandis que l’autre moitié le libérerait.

« Cela signifie que vous avez un flux d’alimentation entrant dans le système à une extrémité et le flux de produit partant de l’autre dans une opération ostensiblement continue », explique Hatton. « Cette approche évite de nombreux problèmes de processus » qui seraient impliqués dans un système traditionnel à plusieurs colonnes, dans lequel les lits d’adsorption doivent alternativement être arrêtés, purgés, puis régénérés, avant d’être à nouveau exposés au gaz d’alimentation pour commencer le prochain cycle d’adsorption. Dans le nouveau système, les étapes de purge ne sont pas nécessaires, et les étapes se déroulent toutes proprement dans l’unité elle-même.

L’innovation clé des chercheurs était l’utilisation de la galvanoplastie comme moyen d’ouvrir et de fermer les pores d’un matériau. En cours de route, l’équipe a essayé diverses autres approches pour fermer les pores de manière réversible dans un matériau de membrane, comme l’utilisation de minuscules sphères magnétiques qui pourraient être positionnées pour bloquer les ouvertures en forme d’entonnoir, mais ces autres méthodes ne se sont pas avérées suffisamment efficaces. . Les movies minces métalliques peuvent être particulièrement efficaces comme barrières anti-gaz, et la couche ultra-mince utilisée dans le nouveau système nécessite une quantité minimale de zinc, qui est abondante et peu coûteuse.

« Cela produit une couche de revêtement très uniforme avec un minimum de matériaux », explique Liu. Un avantage significatif du procédé de galvanoplastie est qu’une fois que la issue est modifiée, que ce soit en place ouverte ou fermée, il ne nécessite aucune entrée d’énergie pour maintenir cet état. L’énergie est seulement nécessaire pour revenir en arrière.

Potentiellement, un tel système pourrait apporter une contribution importante à la limitation des émissions de gaz à effet de serre dans l’atmosphère, et même à la seize directe dans l’air du dioxyde de carbone qui a déjà été émis.

Alors que l’objectif preliminary de l’équipe était le défi de séparer le dioxyde de carbone d’un flux de gaz, le système pourrait en fait être adapté à une grande variété de procédés de séparation et de purification chimiques, dit Hatton.

« Nous sommes très enthousiastes à propos du mécanisme de déclenchement. Je pense que nous pouvons l’utiliser dans une variété d’applications, dans différentes configurations », dit-il. « Peut-être dans des dispositifs microfluidiques, ou peut-être pourrions-nous l’utiliser pour contrôler la composition du gaz pour une réaction chimique. Il existe de nombreuses possibilités différentes. »