Membrana de grafeno de un átomo de espesor puede separar de forma eficaz gases industriales

Ingenieros químicos del EPFL han demostrado por primera vez que una membrana de grafeno de un átomo de espesor puede separar mezclas de gases con una alta eficiencia.

La membrana “definitiva” es escalable, lo que la convierte en un gran avance para la separación de gases industriales.

La separación de gases mezclados, como el aire, en sus componentes individuales es un proceso con múltiples aplicaciones industriales, incluida la producción de biogás, el enriquecimiento del aire en el trabajo del metal, la eliminación de gases tóxicos del gas natural y la recuperación de hidrógeno de las plantas de amoníaco y refinerías de petróleo.

La separación del gas normalmente tiene lugar con el uso de membranas sintéticas hechas de polímeros (por ejemplo, celulosa) u otros materiales.

En los últimos años, la investigación se ha convertido en lo que muchos llaman la membrana “definitiva”: una capa de grafeno, un átomo de espesor único, que ahora se ha demostrado que es la barrera molecular más delgada y, por lo tanto, la membrana más eficiente, ofreciendo excelente permeabilidad combinada con robustez y escalabilidad.

Sin embargo, el progreso con el desarrollo de grafeno se ha encontrado con dos “cuellos de botella”: primero, la falta de métodos para incorporar poros de tamaño molecular en la capa de grafeno, y segundo, la falta de métodos para fabricar mecánicamente membranas de área grande, robustas, libres de grietas y desgarros.

Ahora, en un avance que resuelve ambos problemas, el equipo de Kumar Varoon Agrawal en EPFL Valais Wallis ha desarrollado una membrana de grafeno de una capa y gran área que puede separar el hidrógeno del metano con una alta eficiencia (factor de separación hasta 25), y una permeabilidad de hidrógeno sin precedentes a partir de una porosidad de solo 0,025%.
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La membrana contiene nanoporos para permitir que el hidrógeno penetre, lo que se conoce como “tamizado con gas”.

La membrana se mantuvo estable a presiones y temperaturas industriales (al menos hasta 7 bar y 250 ºC).

Pero lo más importante, el equipo fue capaz de producir una superficie de 1 milímetro cuadrado, significativamente más grande que los informes anteriores, donde solo se podían sintetizar unos pocos micrómetros cuadrados sin grietas.

El grupo de Agrawal ahora está trabajando para incorporar una mayor densidad de nanoporas en el grafeno, para hacer que el grafeno logre su verdadero potencial.

Servirá para varias separaciones químicas importantes, incluida la captura de carbono, la recuperación de hidrógeno y la purificación de agua potable.

Fuente: EPFL