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新宝6登录网址生物启发的膜净化温室气体

2020-03-10 14:05运营 人已围观

简介----- 357 生物启发的膜净化温室气体 酶液膜的设计及二氧化碳捕获与分离的机理 桑迪亚/新墨西哥大学的膜是通过形成8纳米直径的中孔来制造的 使用原子层沉积和氧等离子体处理,将二...

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357

生物启发的膜净化温室气体

酶液膜的设计及二氧化碳捕获与分离的机理

桑迪亚/新墨西哥大学的膜是通过形成8纳米直径的中孔来制造的

使用原子层沉积和氧等离子体处理,将二氧化硅中孔工程化为疏水性的,但在孔表面的亲水性较深的18 nm区域除外

通过毛细冷凝,碳酸酐酶和水自发地充满亲水性中孔,形成一系列稳定的酶,其有效浓度大于溶液中可达到的有效浓度的10倍

这些催化在上游表面处的二氧化碳的捕获和溶解以及在下游表面处的二氧化碳的再生

高酶浓度和短扩散路径可最大化捕获效率和通量

(图片由桑迪亚国家实验室提供)

桑迪亚国家实验室和新墨西哥大学的科学家已经开发出一种生物启发性的膜,旨在几乎完全清除燃煤电厂烟气中的二氧化碳

最近在《自然通讯》上报道的这项专利工作已经引起了电力和能源公司的兴趣,它们希望显着且廉价地减少二氧化碳(最广泛的温室气体之一)的排放,并探索本发明的其他可能用途

该酶以每吨40美元的较低成本捕获了发电厂二氧化碳产量的90%,从而达到了能源部的标准

研究人员称该膜为酶,是因为它起着过滤器的作用,但被一种酶(碳酸酐酶)接近饱和,这种酶是由活细胞经过数百万年发展起来的,可帮助他们快速有效地清除二氧化碳

迄今为止,使用新的,厚实的,固态的聚合物膜从烟气中去除二氧化碳已经非常昂贵,新墨西哥州大学摄政学院教授桑迪亚(jeff brinker)说,该论文的主要作者

我们的廉价方法遵循自然的原则,使用了厚度仅为18纳米的水基膜,该膜结合了天然酶以捕获90%释放的二氧化碳

(1纳米大约是人发直径的1/700

)这比目前的商业方法好将近70%,而且成本仅为其一小部分

燃煤发电厂是美国最大的能源生产商之一,但有人批评它们比任何其他形式的发电向大气中排放更多的二氧化碳

尽管如此,在中国,印度和其他国家燃烧煤炭意味着仅靠美国的节制不可能解决世界气候问题

但是,布林克说,也许技术会

装置的形成始于称为蒸发诱导的自组装的干燥过程,该过程最初由brinker在sandia于20年前开发,并且是一个独立的研究领域

该程序创建了一个密排的二氧化硅纳米孔阵列,旨在容纳碳酸酐酶宣威市合盛渔业有限公司并保持其稳定

这需要几个步骤

首先,用称为原子层沉积的技术处理可能长100纳米的阵列,以使纳米孔表面憎水或疏水

随后进行氧等离子处理,该处理将厌水表面覆盖在表面,使纳米孔具有亲水性或亲水性,但深度仅为18纳米

酶和水的溶液自发地充满并稳定在纳米孔的缺水部分内

这样就形成了18纳米厚的水膜,其碳酸酐酶浓度比迄今制成的水溶液高10倍

该解决方案可以在家中使用防水套来稳定

但是由于酶具有迅速选择性地溶解二氧化碳的能力,因此催化膜具有捕获绝大多数二氧化碳分子的能力,这些二氧化碳分子从不断上升的煤烟云中掠过

然后,钩状分子迅速通过膜,这完全是由膜一侧的大量二氧化碳分子和另一侧相对不存在的自然压力梯度引起的

化学过程将气体短暂地转化为碳酸,然后变为碳酸氢盐,然后立即以二氧化碳气体的形式离开下游

可以收集纯度达99%的天然气,以至于石油公司可以将其用于资源开采

其他分子不受干扰地通过膜表面

该酶是可重复使用的,并且由于水是介质而不是作用因子,因此无需更换

纳米孔由于蒸发而长时间变干

这将通过从电厂中已安装的下部水浴中上升的水蒸气进行检查,以减少硫的排放

并且,随着时间的流逝,使用中受损的酶可以轻松地被替换

brinker说,极高浓度的碳酸酐酶以及稀薄的水通道会导致极高的二氧化碳通量通过膜

碳酸酐酶浓度越高,通量越大

膜越薄,通量越大

布林克尔建议,发电站烟道中的膜布置将类似于汽车中的催化转化器

膜将位于排列成蜂窝状的管的内表面上

烟道气将流过膜嵌入管,而无二氧化碳的气流则在管的外部

改变管的长度和直径将优化二氧化碳的提取过程

桑迪亚研究人员和合著者苏珊·雷姆佩(susan rempe)说,能源公司和石油天然气企业表示有兴趣针对特定条件优化气体过滤器,他提出并提出了将碳酸酐酶插入水溶液中以提高速度的想法

二氧化碳可以被吸收并从膜中释放出来

该酶每秒可催化一百万个二氧化碳分子的溶解,从而极大地提高了该过程的速度

她说,通过按行业进行优化,该酶可以使电力生产廉价而绿色

分离过程可以通过使用注入现有油藏的二氧化碳提高新宝6创造奇迹登录采收率来增加燃料量

她说,在同一过程中使用的酶略有不同,可以将甲烷(一种更有效的温室气体)转化为可溶性更高的甲醇,以便去除

新墨西哥大学教授兼论文合著者姜英兵说,事先用工业洗涤器进行清洁意味着烟尘会清洁到足以不显着损害膜效率的水平,江英炳提出并发展了基于水洗膜的想法

人体过程分离出二氧化碳

膜在实验室环境中有效运行了几个月

这组作者说,该程序还可能将二氧化碳隔离在航天器上,因为这些膜在环境温度下运行,并且仅由化学梯度驱动

这项工作最初是由桑迪亚实验室指导的研究与开发支持的,并获得了能源部科学技术办公室和空军科学研究所的额外资助

这项工作部分在集成纳米技术中心进行,该中心是由桑迪亚和洛斯阿拉莫斯国家实验室运营的科学用户设施办公室

出版物:傅亚琴等,用于co2分离和捕获的超薄酶液膜,《自然通讯》,第9卷,文章编号:990(2018)doi:10.1038 / s41467-018-03285-x

新宝6创造奇迹登录综合报道

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