Nanotechnologia w walce z emisjami przemysłowymi
Używanie paliw kopalnych rodzi wiele problemów, nad których rozwiązaniami w wielu krajach prowadzone są intensywne prace, mają zwiększyć poziom zrównoważenia. Wszystkie rozwiązania wymagają pewnej formy separacji i oczyszczenia, co obecnie osiąga się głównie w energochłonnych procesach, takich jak absorpcja, separacja kriogeniczna i destylacja. Membrany polimerowe uważane są za jedne z najbardziej energooszczędnych membran do separacji gazów. Większość polimerów cechuje się jednak albo niską przepuszczalnością, albo małą selektywnością poszczególnych gazów. W ramach finansowanego ze środków UE projektu DOUBLENANOMEM (Nanocomposite and nanostructured polymeric membranes for gas and vapour separations) opracowano nowe polimery, które skuteczne separują mieszaniny gazowe. Uczestnicy projektu badali odpowiednie połączenia nanowypełniaczy ze znajdującymi się w nich mikrownękami, charakteryzującymi się dokładnie określonymi wymiarami i porowatością, aby umieścić je w zaawansowanych nanoporowatych polimerach. Dodanie nanowypełniaczy takich jak nanorurki węglowe, zeolity, mezoporowate tlenki i struktury metaloorganiczne umożliwiło zwiększenie wolnej przestrzeni i stworzenie preferencyjnych kanalików do transportu masowego. Oprócz opracowania polimerów o dużej objętości, takich jak polinorborneny, naukowcy wytworzyli także polimery o naturalnej mikroporowatości. Mogą być one wydajnie upakowywane w stanie stałym i przez to zawierają wystarczająco dużo pustej przestrzeni. Dzięki skręconej strukturze umożliwiają też szybki transport małych cząsteczek gazu. Naukowcy opracowali nową reakcję polimeryzacji opartą na zasadzie Trögera, która umożliwia przygotowanie niezwykle sztywnej struktury polimerowej. Potencjalne zastosowania tej metody wykraczają daleko poza wytwarzanie polimerów na potrzeby membran do separacji gazów. Dzięki bardzo dużej sztywności polimery pełnią rolę molekularnego sita, zatrzymującego transport większych cząsteczek gazu. Aby membrany perwaporacyjne mogły być atrakcyjną alternatywą, membrany perwaporacyjne muszą zostać udoskonalone pod kątem większej selektywności etanolu względem wody. Projekt przyczynił się do znaczącego poszerzenia wiedzy na temat procesów zanieczyszczania membran, co pozwoliło na poprawę odzyskiwania etanolu z bulionu fermentacyjnego. Innowacyjna technologia membran powinna stać się alternatywą dla tradycyjnych procesów separacji CO2 w elektrowniach. Pomimo tego potencjału, materiały polimerowe muszą zostać wyskalowane, aby umożliwić dalsze zbadanie procesu separacji.
Słowa kluczowe
Emisje przemysłowe, separacja gazów, membrana polimerowa, nanowypełniacze, mikroporowatość
