Ultrapermeable Gel Membranes Enabling Superior Carbon Capture

渗透 气体分离 溶解度 碳纤维 选择性 化学工程 聚合物 巴勒 材料科学 纳米技术 化学 有机化学 催化作用 工程类 复合材料 生物化学 复合数
作者
Bin Zhu,Yan Yang,Lei Guo,Kaifang Wang,Yanqiu Lü,Xuezhong He,Sui Zhang,Lu Shao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (1): e202315607-e202315607 被引量:24
标识
DOI:10.1002/anie.202315607
摘要

Membrane technology is rapidly gaining broad attraction as a viable alternative for carbon capture to mitigate increasingly severe global warming. Emerging CO2 -philic membranes have become crucial players in efficiently separating CO2 from light gases, leveraging their exceptional solubility-selectivity characteristics. However, economic and widespread deployment is greatly dependent on the boosted performance of advanced membrane materials for carbon capture. Here, we design a unique gel membrane composed of CO2 -philic molecules for accelerating CO2 transportation over other gases for ultrapermeable carbon capture. The molecular design of such soft membranes amalgamates the advantageous traits of augmented permeation akin to liquid membranes and operational stability akin to solid membranes, effectively altering the membrane's free volume characteristics validated by both experiments and molecular dynamics simulation. Surprisingly, gas diffusion through the free-volume-tuned gel membrane undergoes a 9-fold improvement without compromising the separation factor for the superior solubility selectivity of CO2 -philic materials, and CO2 permeability achieves a groundbreaking record of 5608 Barrer surpassing the capabilities of nonfacilitated CO2 separation materials and exceeding the upper bound line established in 2019 even by leading-edge porous polymer materials. Our designed gel membrane can maintain exceptional separation performance during prolonged operation, enabling the unparalleled potential of solubility-selective next-generation materials towards sustainable carbon capture.
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