水传导膜使二氧化碳向燃料的转化更有效学术资讯

膜分离原理示意图。

甲醇是一种用途广泛的化学原料，也是一种高效率的燃料。二氧化碳是一种重要的温室气体，也是许多工业过程中不需要的副产品。如果能将二氧化碳转化为甲醇，对减轻温室效应、缓解能源危机有重要意义。《科学》杂志报道，美国伦斯勒理工学院（简称RPI）的化学工程师们展示了一种新型分离膜，它能使二氧化碳转化为甲醇的化学反应过程更有效率。研究人员表示，这一突破性成果对以水为副产品的化学工业过程有较好的改善效果。例如，二氧化碳转化为甲醇的化学反应会产生水，导致化学平衡移动受到影响，严重制约了反应的继续进行。RPI团队开发的分离膜，可以在反应进行时滤除水分，且不会损失其他气体分子。

RPI的研究人员制备了一种由钠离子和沸石晶体组成的膜，这种膜具备水传导纳米通道，可使水分子快速地渗透分离。RPI生物技术与跨学科研究中心（CBIS）研究人员、项目负责人Miao Yu解释说：“钠实际上起到了调节渗透性的作用。它只允许水通过，而不会让气体分子通过。此前，这种类型的膜容易出现缺陷，导致其它气体分子泄漏。我们采用新策略优化了晶体组装，消除了结构缺陷。反应中的水被有效除去后，反应速度变得更快了。”RPI博士后研究员、论文作者Huazheng Li补充说：“除去水分子后，化学平衡会产生移动，从而提高二氧化碳的转化率，生成更多的甲醇。”CBIS主任Deepak Vashishth评价说：“这项研究是Yu教授团队在解决水、能源和环境领域的跨学科挑战方面做出的重要贡献之一。这种定制薄膜将会是一种非常有效和实用的产品。”

Yu等正在研究薄膜制造的可扩展性，并考虑设立初创公司，以推广新型分离膜用于高纯甲醇的商业化生产。Yu表示，这种膜还可以用于改善其他反应。他说：“在工业生产中，很多反应受到了副产物水的限制。我们开发的薄膜，是目前唯一一种能在苛刻反应条件下高效率工作的分离膜。”

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编译：雷鑫宇

审稿：阿淼

责编：唐林芳

期刊来源：《科学》

期刊编号：0036-8075

原文链接：

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/02/200206144820.htm