Study of molecular interfaces in polymer thin-film composite membranes for the efficient gas separations

用于高效气体分离的聚合物薄膜复合膜分子界面研究

基本信息

  • 批准号:
    22K04806
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.58万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2022-04-01 至 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

This work is devoted to developing and investigating thin-film composite (TFC) membranes with selective molecularly-thin interfaces between polymers to achieve efficient carbon dioxide (CO2) separation from complex mixtures with other gases. During the first year, the research is progressing according to the original plan. The focus was to investigate how the surface modification of the hydrophobic polymer layer by water vapor-generated plasma influences the formation of the selective interface with the hydrophilic selective layer. It was found that some minimum critical amount of surface modification is essential to form the proper laminate structure. Furthermore, the influence of surface modification by the plasma treatment alone was found insufficient to increase the membrane's selectivity towards CO2.The gas transport of CO2, O2, and N2 was thoroughly studied. The existence of the molecular interface was found to be the essential factor in the highly selective CO2/N2 and CO2/O2 separation. With the inclusion of the selective interface in the structure of the TFC, the selectivity increased to about 35 and 13 for CO2/N2 and CO2/O2 separation, respectively (~10 and ~5 in the membranes without the selective layer and interface). Finally, this work focuses on their membrane application for the direct air capture of CO2. Direct air capture is an important technology to mitigate the effects of climate change. By capturing carbon dioxide directly from the air, we can reduce the amount of greenhouse gases in the atmosphere and slow down the rate of global warming.
这项工作致力于开发和研究在聚合物之间具有选择性分子薄界面的薄膜复合(TFC)膜,以实现从与其他气体的复杂混合物中有效分离二氧化碳(CO2)。第一年,研究工作按照原定计划进行。重点是研究水蒸气产生的等离子体对疏水聚合物层的表面改性如何影响与亲水选择性层的选择性界面的形成。人们发现,一些最小临界量的表面改性对于形成适当的层压结构至关重要。此外,发现仅通过等离子体处理进行表面改性的影响不足以提高膜对CO2的选择性。对CO2、O2和N2的气体传输进行了深入研究。研究发现分子界面的存在是高选择性CO2/N2和CO2/O2分离的重要因素。随着 TFC 结构中包含选择性界面,CO2/N2 和 CO2/O2 分离的选择性分别增加到约 35 和 13(在没有选择性层和界面的膜中分别为约 10 和约 5)。最后,这项工作的重点是膜在直接空气捕获二氧化碳中的应用。直接空气捕获是减轻气候变化影响的一项重要技术。通过直接从空气中捕获二氧化碳,我们可以减少大气中温室气体的含量,减缓全球变暖的速度。

项目成果

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CO2 preconcentration from air with the aid of membranes and its potential for distributed CO2 utilization systems
借助膜从空气中预浓缩二氧化碳及其分布式二氧化碳利用系统的潜力
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Roman Selyanchyn
  • 通讯作者:
    Roman Selyanchyn
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  • 通讯作者:
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  • 通讯作者:
    Lee Seung

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