Hyperselective carbon membranes for precise high-temperature H 2 and CO 2 separation

分子筛 选择性 渗透 变压吸附 合成气 氢气净化器 化学工程 碳纤维 吸附 二氧化碳 气体分离 化学 材料科学 色谱法 有机化学 制氢 催化作用 复合材料 工程类 复合数 生物化学
作者
Gaurav M. Iyer,Ching-En Ku,Chen Zhang
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:11 (23): eadt7512-eadt7512 被引量:18
标识
DOI:10.1126/sciadv.adt7512
摘要

More than 90% of the world’s hydrogen (H 2 ) is produced from fossil fuel sources, which requires energy-intensive separation and purification to produce high-purity H 2 fuel and to capture the carbon dioxide (CO 2 ) by-product. While membranes can decarbonize H 2 /CO 2 separation, their moderate H 2 /CO 2 selectivity requires secondary H 2 purification by pressure swing adsorption. Here, we report hyperselective carbon molecular sieve hollow fiber membranes showing H 2 /CO 2 selectivity exceeding 7000 under mixture permeation at 150°C, which is almost 30 times higher than the most selective nonmetallic membrane reported in the literature. The membrane is able to maintain an ultrahigh H 2 /CO 2 selectivity over 1400 under mixture permeation at 400°C. Pore structure characterization suggests that highly refined ultramicropores are responsible for effectively discriminating the closely sized H 2 and CO 2 molecules in the hyperselective carbon molecular sieve membrane. Modeling shows that the unprecedented H 2 /CO 2 selectivity will potentially allow one-step enrichment of fuel-grade H 2 from shifted syngas for decarbonized H 2 production.
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