РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Графен как фильтр: через него можно «просеивать» газы

Исследователи из Манчестерского университета смогли создать отверстия атомного масштаба в атомарно тонких мембранах. Это позволит создавать молекулярные сита для точного и эффективного разделения газов.
Графен как фильтр: через него можно «просеивать» газы
Pexels

Новая разработка позволит фильтровать воздух, извлекая из него углекислый газ.

Известен принцип, на который опираются промышленные технологии разделения газов: если размер пор в мембране сопоставим с размером атомов и молекул, они могут либо проходить через мембрану, либо отторгаться. Для этого часто используют полимерные мембраны с различной пористостью. Чем мельче размер пор, тем меньший поток газа пропускают такие сита. В отличие от обычных мембран, атомарно тонкие мембраны (толщиной как графен) должны обеспечивать более легкий поток газа при той же селективности.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Что сделали учёные? Исследовательская группа Манчестерского университета под руководством лауреата Нобелевской премии Андрея Гейма (премия получена в 2010 году за получение графена) использовала низкоэнергетические электроны для проделывания отверстий атомного масштаба в графене. Размеры отверстий достигали примерно двух ангстрем, что меньше даже самых маленьких атомов — например, гелия и водорода.

Исследователи сообщают, что им удалось добиться практически идеальной селективности (более 99,9%) для гелия и водорода по отношению к азоту, метану или ксенону. Кроме того, молекулы воздуха (а именно, основных составляющих — кислорода и азота) легко проходят через поры по сравнению с углекислым газом, который задерживается на >95%. Ученые отмечают, что для практического применения двумерных мембран необходимо найти атомарно тонкие материалы с внутренними порами, то есть порами внутри самой кристаллической решетки. Концептуально же такие сита не отличаются от сит для муки или песка.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Демонстрация технологии
Вот как это работает University of Manchester

Чтобы сделать технологию промышленно применимой, необходимы мембраны с плотно расположенными порами, а не полученные на текущий момент отдельные отверстия. Исследовательская группа планирует найти подходящие двумерные материалы с крупными внутренними порами, чтобы выбрать наиболее перспективные из них для будущих технологий газоразделения. 

Такие материалы уже существуют. Например, одна из аллотропных модификаций углерода — графин — в целом подходит, и имеет более крупные углеродные кольца, похожие по размеру на отдельные дефекты. Правильный размер этих пор может сделать графин идеально подходящим для разделения газов.

Загрузка статьи...