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新聚合物材料可高效“捕捉”温室气体

2014年09月 10日 16:04  |来源: 科技日报
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    科技日报讯 (实习记者刘燕庐)温室气体,通常被认为是全球气候变暖的罪魁祸首,它们通常来源于工业生产和化石燃料的燃烧。其中,二氧化碳是排放量最大的温室气体,也是人类抑制全球变暖过程中的主要目标,但高昂的成本和低下的回报,成为了碳治理道路上的拦路虎。

    不过,近日传来了一个好消息。据每日科学网9月9日报道,日本京都大学细胞材料研究所(iCeMS)的研究人员开发出一种能 够从空气中高效滤除温室气体的低成本薄膜,如将这项技术应用于二氧化碳过滤方面或将有助于减少温室气体排放,从而抑制温室效应的加剧。该研究成果发表在英国《自然·通讯》杂志上。

    这种能够滤除二氧化碳的薄膜简称为PIM-1。“这种薄膜中嵌入了直径不到两纳米的细小管道,可以用来捕捉通过的所有气体。”参与研究的宋齐磊(音译)说,“现存的问题是,这种薄膜的结构还不很稳定,并且气体的分离率有限。”

    为改进材料不稳定的缺陷,研究小组使用热氧化法,在120至450摄氏度的有氧环境下对材料进行了加热。高温下,氧可以与PIM-1发生化学反应,加强薄膜中纳米管道的强度并控制管道的直径,提高材料的稳定性和目标气体的分离率。

    现在,PIM-1材料的空气过滤速度高于普通市售聚合物100倍以上,并且还具有两倍以上的二氧化碳分离率。PIM-1具有广泛的应用前景:可应用于在减少化石燃料燃烧排放的二氧化碳浓度、提高内燃机中的有效含氧量、用于氢气及塑料的生产。

    目前,治理二氧化碳需要大量的开销,二氧化碳本身的价值也不足以进行商业开发,这极大地降低了人们控制二氧化碳排放的积极性。因此,在世界各国着手减少碳足迹的现在,这种低成本、高效率的方法或许将有不错的前景。

    研究人员表示:“可以说,我们已经开发出一种真正对可持续发展有贡献的聚合物。与现有材料相比,PIM-1具有1000倍以上的二氧化碳分离能力,并且能够持久使用,成本也易于接受,相信这项技术会有助于自然环境的改善。”

    总编辑圈点

    用纳米级孔径的膜滤水,是很成熟的技术。许多自来水厂里,滤膜是最后一关,拦住水里所有的微生物和脏颗粒,同时放行水分子。膜的孔径再做细一点,就可以分离氧气和二氧化碳。不过,孔径必须小到能拦住大号的二氧化碳分子,却允许小一点儿的氧气分子通过。洞洞的数量多过一整个奶牛场里的牛毛,直径却高度一致,这样的滤膜很难工业量产。此次日本京都大学的创举,可谓是纳米科技的又一杰作。就算最后没法安装在烟囱上,至少也把滤膜水平提高几个数量级,或许能催生新的产业。

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