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氧化石墨烯支撑低共熔溶剂液膜分离二氧化碳研究成果
MaterialsViewsChina官方微信公众号 / 时间:2019-11-22 08:27:32

  据MaterialsViews微信公众平台2019年11月16日讯 作为主要的温室气体之一,CO2的大量排放是导致全球变暖的主要原因。CO2的捕获和封存(CCS)被认为是缓解温室效应的最有效方案,其中CO2的分离是CCS的第一步。相对于化学吸收法、低温蒸馏法等传统的CO2分离技术,膜分离技术具有能耗低、成本低、可连续操作等优点,近年来被广泛的应用于工业生产中。
  兼顾高选择性和高渗透率的膜是膜分离技术的核心,支撑液膜(SLMs)是一种高效的膜分离材料,CO2在SLMs的内部空间中以液相的方式传输,遵循溶解扩散规律,比固态薄膜材料快得多。离子液体支撑液膜(SILM)因其高化学物理稳定性、结构可调性以及高CO2化碳分离效率成为了一种备受推崇的气体分离膜。而离子液体是一种价格很高的溶剂,这使得SILM很难实现大规模的应用。
  考虑到支撑液膜中的溶剂需要对CO2有溶解能力,同时还要兼顾成本问题,低共熔溶剂成为了更好的选择。它对CO2的吸收能力与离子液体相当,同时具有成本低、容易合成且无毒性的优点。低共熔溶剂(DESs)是指由一定化学计量比的氢键受体(如季铵盐)和电中性的氢键供体(如酰胺、羧酸和多元醇等化合物)组合而成的混合物,由于氢键供体与阴离子之间形成的氢键削弱了DESs中的阴阳离子的相互作用,使得晶体晶格能降低,因此DESs的熔点显著低于各个组分纯物质的熔点,许多DESs在常温下依然保持液态。


氧化石墨烯支撑低共熔溶剂液膜分离二氧化碳研究成果


  浙江大学彭新生教授与中国石油大学(华东)燕友果教授合作,选择氯化胆碱(ChCl)作为氢键受体,乙二醇(EG)为氢键受体,以氧化石墨烯(GO)为支撑材料制成氧化石墨烯支撑低共熔溶剂液膜(GO-SDESM),其渗透率可达48.4 GPU同时选择性(CO2/N2)高达427,进一步研究了ChCl与EG的最佳比例以及膜的厚度对气体分离性能的影响规律。
  同时分子动力学模拟表明,GO表面上的含氧官能团,使得低共熔溶剂在GO层间会形成一种有序的吸附结构,这种吸附结构使ChCl与EG之间形成了更多的氢键;另一方面通过相互作用能的分析,发现DES在纳米受限空间中与CO2的相互作用更强,这是GO-SEDSM高效分离CO2的本质原因。
  相关研究成果以“CO2-Philic Separation Membrane: Deep Eutectic Solvent Filled Graphene Oxide Nanoslits”为题,发表于Small(DOI:10.1002/smll.201904145)上。