作者:大卫·L
麻省理工学院钱德勒 信用:CC0公共领域 麻省理工学院化学工程师开发的新系统可以提供一种从废气流中，甚至从空气中连续去除二氧化碳的方法
关键部件是一个电化学辅助膜，其气体渗透性可以随意开关，不使用移动部件和相对较少的能量
膜本身由阳极氧化铝制成，具有由六边形开口组成的蜂窝状结构，当处于打开状态时，允许气体分子进出
然而，当电沉积一薄层金属以覆盖膜的孔时，气体通道会被阻塞
这项工作发表在《科学进步》杂志上，由T教授撰写的一篇论文中
艾伦·哈顿、博士后刘亚元和其他四人
该小组说，这种新的“气体门控”机制可以应用于从一系列工业废气流和环境空气中连续去除二氧化碳
他们建造了一个概念验证装置来展示这一过程
该装置使用氧化还原活性炭吸收材料，夹在两个可切换的气体门控膜之间
吸附剂和选通膜彼此紧密接触，并浸入有机电解质中，以提供锌离子来回穿梭的介质
这两个门控膜可以通过切换它们之间的电压极性来电动打开或关闭，从而使锌离子从一侧穿梭到另一侧
离子通过在一侧形成一层金属膜来同时阻挡另一侧，同时通过溶解另一侧的膜来打开另一侧
当吸附剂层向废气流经的一侧打开时，材料很容易吸收二氧化碳，直到达到其容量
然后可以切换电压，阻断进料侧，打开另一侧，释放出几乎纯二氧化碳的浓缩流
通过构建具有以相反相位运行的交替膜部分的系统，该系统将允许在诸如工业洗涤器的环境中连续运行
在任何时候，一半的部分将吸收气体，而另一半将释放气体
哈顿说:“这意味着，在一个表面上连续的操作中，原料流从一端进入系统，产品流从另一端离开。”
“这种方法避免了传统多柱系统中涉及的许多工艺问题”，在传统多柱系统中，吸附床在再次暴露于原料气以开始下一个吸附循环之前，需要交替关闭、吹扫和再生
在新系统中，不需要吹扫步骤，所有步骤都在装置内部干净地进行
研究人员的主要创新是使用电镀作为打开和关闭材料孔隙的方法
在此过程中，该团队尝试了各种其他方法来可逆地封闭膜材料中的孔，例如使用微小的磁性球体来堵塞漏斗形开口，但这些其他方法被证明不够有效
金属薄膜作为气体屏障特别有效，新系统中使用的超薄层需要最少量的锌材料，锌材料丰富且便宜
“它用最少的材料就能形成非常均匀的涂层，”刘说
电镀方法的一个显著优点是，一旦条件改变，无论是在打开还是关闭位置，都不需要能量输入来维持该状态
能量只需要再次切换回来
这种系统有可能为限制温室气体向大气中的排放，甚至直接从空气中捕获已经排放的二氧化碳做出重要贡献
哈顿说，虽然该团队最初的重点是从气流中分离二氧化碳的挑战，但该系统实际上可以适应各种各样的化学分离和纯化过程
“我们对门控机制相当兴奋
我认为我们可以在不同的应用中，在不同的配置中使用它，”他说
“也许在微流体装置中，或者我们可以用它来控制化学反应的气体成分
有许多不同的可能性
"
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