Màng lọc polymer lông lọc khí gas nhiên liệu

Nhưng trong khí gas (tự nhiên và sinh học) vẫn còn sự hiện diện của các chất gây ô nhiễm như carbon dioxide. Điều đó có nghĩa là trước tiên, khí gas phải được tinh chế sau đó mới sử dụng làm nhiên liệu. Khó khăn hiện nay là các quy trình truyền thống được sử dụng làm sạch khí tự nhiên thường cần sử dụng các dung môi độc hại và rất tốn năng lượng.

Cách đây không lâu, các nhà nghiên cứu Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) phát triển một loại màng polymer mới, có thể tăng cường đáng kể hiệu quả quá trình lọc khí tự nhiên, giảm tác động vào môi trường. Màng polymer này có khả năng xử lý khí gas tự nhiên, sinh học nhanh hơn nhiều so với vật liệu lọc thông thường. Nghiên cứu sinh Yuan He cho biết: “Thiết kế của chúng tôi có thể xử lý nhiều khí tự nhiên hơn, loại bỏ nhiều carbon dioxide hơn trong khoảng thời gian ngắn hơn”.

Màng lọc polymer mới, cho phép loại bỏ các chất gây ô nhiễm tự nhiên. Ảnh Advanced Science News

GS Zachary Smith, chủ nhiệm dự án nghiên cứu cho biết, các màng lọc hiện nay thường được chế tạo bằng cách sử dụng những chuỗi polymer tuyến tính. Đây là những chuỗi polymer dài bị gia nhiệt cấp độ phân tử. Quá trình gia nhiệt có thể làm cho chuỗi polymer này trở nên cứng hơn, tạo khoảng trống giữa các sợi, làm thay đổi cấu trúc màng và khoảng cách giữa các sợi mà những phân tử có thể thấm qua.

Các vật liệu màng như vậy không đủ độ xốp để cho phép các phân tử carbon dioxide thấm vào với tốc độ đủ nhanh để phù hợp với các quá trình tinh chế khí gas hiện có. Thay vì sử dụng chuỗi polymer dài, Smith và nhóm nghiên cứu thiết kế các màng trong đó các sợi trông giống như bàn chải tóc, có những sợi lông nhỏ trên mỗi sợi cho phép các polymer tách khí carbon hiệu quả hơn nhiều.

Sợi phân tử Plolymer lông, cho phép lọc và chịu áp lực khí carbon dioxide, có khả năng thẩm thấu cao. Ảnh Advanced Science News

GS Smith cho biết: “Chúng tôi có chiến lược thiết kế mới, trong đó có thể tinh chỉnh lông trên màng lọc, cho phép điều chính xác và có hệ thống vật liệu. Bằng phương pháp này, chúng tôi tạo ra những không gian trống dưới nanomet, cho phép các tương tác tạo ra các màng lọc có tính chọn lọc và thấm thấu cao.

Trong các thí nghiệm, màng có thể chịu được áp lực dồn đến của khí carbon dioxide lên đến 51 bar mà không bị hóa dẻo. Những vật liệu hiện nay làm màng lọc tốt nhất là 34 bar. Màng lọc này có khả năng thấm cao hơn 2.000 -7.000 lần so với màng truyền thống.

Các chuỗi sợi polymer, hoặc các lông bàn chải, có thể được thiết kế trước khi được polymer hóa, lợi thế này khiến việc kết hợp các chức năng vào polymer dễ dàng hơn nhiều. Các nhà nghiên cứu hiện đang lên kế hoạch thực hiện một nghiên cứu có hệ thống về các thành phần hóa học khác nhau và cấu trúc của bàn chải xác định, những yếu tố này ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của các màng lọc polymer thế nào.