北卡罗莱纳州立大学的马特·希普曼 信用:Unsplash/CC0公共领域 研究人员开发了一种新的膜技术，可以更有效地从混合气体中去除二氧化碳(CO2)，如发电厂的排放物
“为了证明我们的新膜的能力，我们研究了二氧化碳和氮的混合物，因为二氧化碳/二氧化氮混合物在减少发电厂温室气体排放的背景下特别相关，”该论文的通讯作者之一Rich Spontak说
“我们已经证明，我们可以大大提高膜去除二氧化碳的选择性，同时保持相对较高的二氧化碳渗透率
" “我们还研究了二氧化碳和甲烷的混合物，这对天然气工业很重要，”Spontak说，他是北卡罗来纳州立大学化学和生物分子工程以及材料科学与工程的杰出教授
“此外，这些二氧化碳过滤膜可用于任何需要从混合气体中去除二氧化碳的场合——无论是生物医学应用还是在潜艇中净化空气中的二氧化碳
" 膜是从混合气体中去除CO2的有吸引力的技术，因为它们不占用太多的物理空间，它们可以制成各种尺寸，并且它们可以容易地被替换
另一种经常用于去除二氧化碳的技术是化学吸收，这种技术包括将混合气体鼓泡通过含有液态胺的柱子，这种液体胺可以从气体中去除二氧化碳
然而，吸收技术具有明显更大的足迹，并且液体胺往往是有毒的和腐蚀性的
这些膜过滤器的工作原理是允许CO2比混合气体中的其他成分更快地通过膜
结果，从膜的另一侧流出的气体比进入膜的气体具有更高比例的CO2
通过捕获透过膜的气体，你捕获了比其他气体成分更多的二氧化碳
这种膜的一个长期挑战是渗透性和选择性之间的平衡
渗透性越高，气体通过膜的速度就越快
但是当渗透率上升时，选择性下降——这意味着氮气或其他成分也快速通过膜——降低了混合物中二氧化碳与其他气体的比例
换句话说，当选择性下降时，你捕获的二氧化碳相对较少
来自美国的研究小组
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和挪威通过在现有膜的表面上生长既亲水又亲CO2的化学活性聚合物链来解决这个问题
这增加了CO2的选择性，并导致渗透性相对较小的降低
“简而言之，在渗透率几乎没有变化的情况下，我们已经证明，我们可以将选择性提高大约150倍，”该论文的通讯作者之一、挪威独立研究机构SINTEF工业公司的高级研究科学家马里尤斯·桑德鲁说
“因此，相对于气体混合物中的其他物种，我们捕获了更多的二氧化碳
" 薄膜二氧化碳过滤器面临的另一个挑战是成本
以前的膜技术越有效，就越昂贵
“因为我们想创造一种商业上可行的技术，我们的技术从已经广泛使用的膜开始，”Spontak说
“然后我们设计了这些膜的表面以提高选择性
虽然这确实增加了成本，但我们认为改性后的膜仍然具有成本效益
" “我们的下一步是看看我们在这里开发的技术可以在多大程度上应用于其他聚合物，以获得可比的，甚至更好的结果；并升级纳米制造工艺，”桑德鲁说
“老实说，尽管这里的结果非常令人兴奋，但我们还没有尝试优化这个修改过程
我们的论文报告了概念验证结果
" 研究人员还对探索其他应用感兴趣，例如新的膜技术是否可以用于生物医学通风设备或水产养殖部门的过滤设备
研究人员表示，他们愿意与行业合作伙伴一起探索这些问题或机会，以帮助缓解全球气候变化并改善设备功能
这篇论文发表在《科学》杂志上
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