Màng dẫn nước cho phép carbon dioxide chuyển hóa thành nhiên liệu hiệu quả hơn

Trên tờ TROY, NEW YORK, FEB 19, 2020 đã đăng tải một bài viết liên quan đến chất liệu màng dẫn nước, cho phép carbon dioxide chuyển hóa thành nhiên liên một cách hiệu quả.

Metanol là một hóa chất linh hoạt và hiệu quả được sử dụng làm nhiên liệu trong sản xuất vô số sản phẩm. Mặt khác, carbon dioxide (CO₂) là một khí nhà kính, là sản phẩm phụ không mong muốn của nhiều quá trình công nghiệp.

Chuyển CO₂ thành metanol là một cách để đưa CO₂  vào sử dụng tốt. Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science , các kỹ sư hóa học từ Học viện Bách khoa Rensselaer đã chứng minh cách làm cho quá trình chuyển đổi từ CO₂  thành metanol hiệu quả hơn bằng cách sử dụng màng phân tách hiệu quả cao mà họ sản xuất. Các nhà nghiên cứu cho biết, bước đột phá này có thể cải thiện một số quy trình công nghiệp phụ thuộc vào các phản ứng hóa học trong đó nước là sản phẩm phụ.

Ví dụ, phản ứng hóa học chịu trách nhiệm chuyển CO₂ thành metanol cũng tạo ra nước, điều này hạn chế nghiêm trọng phản ứng tiếp tục. Nhóm của Rensselaer bắt đầu tìm cách lọc nước khi phản ứng đang xảy ra mà không làm mất các phân tử khí thiết yếu khác.

Các nhà nghiên cứu đã lắp ráp một màng bao gồm các ion natri và tinh thể zeolit ​​có khả năng thấm nước một cách cẩn thận và nhanh chóng qua các lỗ nhỏ – được gọi là các kênh nano dẫn nước – mà không làm mất các phân tử khí.

Miao Yu, một giáo sư về kỹ thuật hóa học và sinh học, đồng thời là thành viên của Trung tâm Nghiên cứu Liên ngành và Công nghệ Sinh học (CBIS) tại Rensselaer, cho biết: “Natri thực sự có thể điều chỉnh hoặc điều chỉnh sự thẩm thấu khí. Nó giống như các ion natri đang đứng ở cổng và chỉ cho phép nước đi qua. Khi khí trơ đi vào, các ion sẽ chặn khí”.

Trước đây, Yu cho biết, loại màng này rất dễ bị lỗi khiến các phân tử khí khác lọt ra ngoài. Nhóm của ông đã phát triển một chiến lược mới để tối ưu hóa việc lắp ráp các tinh thể, giúp loại bỏ những khiếm khuyết đó. Yu cho biết, khi nước được loại bỏ hiệu quả khỏi quy trình, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng phản ứng hóa học có thể xảy ra rất nhanh.

Huazheng Li, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Rensselaer và là tác giả đầu tiên của bài báo cho biết: “Khi chúng ta có thể loại bỏ nước, cân bằng sẽ thay đổi, có nghĩa là nhiều CO₂ sẽ được chuyển hóa và nhiều methanol hơn sẽ được tạo ra”.

Deepak Vashishth, giám đốc CBIS cho biết: “Nghiên cứu này là một ví dụ điển hình về những đóng góp đáng kể mà Giáo sư Yu và nhóm của ông đang thực hiện để giải quyết những thách thức liên ngành trong lĩnh vực nước, năng lượng và môi trường”. “Việc phát triển và triển khai các màng phù hợp như vậy bởi nhóm của Giáo sư Yu hứa hẹn sẽ mang lại hiệu quả cao và thiết thực.”

Nhóm hiện đang làm việc để phát triển một quy trình có thể mở rộng và một công ty khởi nghiệp cho phép màng này được sử dụng thương mại để sản xuất metanol có độ tinh khiết cao. Yu cho biết màng này cũng có thể được sử dụng để cải thiện một số phản ứng khác:  “Trong ngành công nghiệp có rất nhiều phản ứng bị hạn chế bởi nước. Đây là màng duy nhất có thể hoạt động hiệu quả trong các điều kiện phản ứng khắc nghiệt.”