Experimental & Computational Design of High-Performance Polymer Membranes for CO2 Capture

实验性的

基本信息

  • 批准号:
    1159397
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-09-01 至 2016-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

1159397BaraThis NSF award by the Chemical and Biological Separations program supports work by Professors Jason E. Bara and Christoffer H. Turner from the Department of Chemical and Biological Engineering at the University of Alabama.Membranes potentially offer a highly energy efficient technology by which CO2 can be captured from sources such as coal-fired power plants. While the currently available membranes present some desirable performance characteristics, only marginal gains can be made in CO2 transport rates via structural modification of these polymers. However, polymers containing hindered, basic groups offer unprecedented opportunities to develop membranes with much higher transport rates via facilitated transport of CO2. In the presence of water, these groups can promote the formation of bicarbonate (HCO3-) anion, which can enable extremely high transport rates for CO2, minimizing energy requirements and the cost of CO2 capture. Because of the large number of possible membrane materials that can be developed around this concept, as well as a crucial need for detailed, molecular-level simulation efforts in the field of polymer gas separation membranes, a fundamental understanding of the design, facilitated transport mechanisms and polymer structures of these membranes for CO2 capture will be most readily achieved via coordinated experimental and computational studies. The success of this project will significantly advance the fundamental understanding of polymer membranes and facilitated transport mechanisms for CO2 capture. Additionally, the results generated will be of interest to other major research areas, such as pharmaceuticals and biomaterials, where similar structures are used for their therapeutic, antifungal and antibacterial properties.The proposed project provides an excellent educational platform for graduate, undergraduate students, as well as outreach activities. The students involved with the project will benefit from an excellent synergy and training opportunities within the combined experimental and computational efforts. The PI and co-PI are directors of the NSF-REU Site "Engineering Solutions for Clean Energy Generation, Storage, and Consumption" and this research proposal can provide multiple synergies and opportunities for students in that program. Additionally, our project will provide the basis for a new Honors Forum class taught within the Chemical and Biological Engineering Department at UA. This is an interactive, discussion-oriented class, which focuses on a new (contemporary) topic each semester. Bara and Turner will co-teach this class, focusing on emerging technologies for addressing CO2-related issues. Funding provided through this proposal will enable additional short-term research opportunities for undergraduate students. During the studies, students will learn skills related to the use of polymer synthesis, membrane characterization, NMR, instrument design using LabView, as well as develop skills in molecular simulations and electronic structure calculations.
1159397 Barathis NSF颁发的化学与生物学分离计划支持来自阿拉巴马大学化学与生物工程系的Jason E. Bara和Christoffer H. Turner教授的工作从诸如燃煤电厂之类的来源捕获。 虽然当前可用的膜具有一些理想的性能特征,但只能通过这些聚合物的结构修饰在二氧化碳传输速率中获得边缘增长。 但是,含有阻碍的聚合物基本团体提供了前所未有的机会,可以通过促进二氧化碳运输来开发具有更高运输速率的膜。 在水存在的情况下,这些群体可以促进碳酸氢盐(HCO3-)阴离子的形成,这可以使二氧化碳的运输速率极高,从而最大程度地减少了能量需求和二氧化碳捕获的成本。 由于可以围绕此概念开发的大量可能的膜材料,以及在聚合物气体分离膜领域详细的,分子级的模拟工作的至关重要的需求,对设计的基本了解,促进了运输机制这些膜的聚合物结构最容易通过协调的实验和计算研究来实现。 该项目的成功将显着提高对聚合物膜的基本了解,并促进二氧化碳捕获的运输机制。 此外,产生的结果将引起其他主要研究领域的关注,例如药物和生物材料,在这些研究领域,在这些研究中,类似的结构用于其治疗,抗真菌和抗菌特性。该项目为研究生,本科生提供了出色的教育平台,例如以及外展活动。 参与该项目的学生将受益于在实验和计算工作中的良好协同和培训机会。 PI和Co-Pi是NSF-REU网站“用于清洁能源生成,存储和消费的工程解决方案”的董事,该研究建议可以为该计划的学生提供多种协同作用和机会。 此外,我们的项目将为UA化学和生物工程部门教授的新荣誉论坛课程提供基础。这是一个互动式,面向讨论的班级,每个学期都集中在一个新的(当代)主题上。 巴拉(Bara)和特纳(Turner)将共同讲授这一班级,重点介绍解决与二氧化碳相关问题的新兴技术。 通过该建议提供的资金将为本科生提供更多的短期研究机会。 在研究期间,学生将学习与使用聚合物合成,膜表征,NMR,使用LabView的仪器设计有关的技能,并发展分子模拟和电子结构计算方面的技能。

项目成果

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