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TECNOLOGÍA. Desarrollan una membrana que filtra el CO2 de una corriente de gas

 


Un equipo de ingenieros químicos del MIT ha ideado una forma de eliminar continuamente el dióxido de carbono de una corriente de gas, incluso podría aplicarse al aire que respiramos. 
En su trabajo, el componente clave es una membrana que se puede encender y apagar mediante asistencia electroquímica. No hay partes móviles
 involucradas en el proceso y usa relativamente poca energía.

Las membranas están hechas de óxido de aluminio anodizado, son hexagonales, como un panal de abejas, y permiten que las moléculas de gas penetren hacia adentro y hacia afuera cuando están abiertas. Su trabajo se ha publicado en la revista Science Advances . 

Si bien tiene una posible aplicación en el aire ambiente que nos rodea, esta técnica de "compuerta de gas" también podría aplicarse a los sistemas de escape industriales.

El dispositivo utiliza un material adsorbente de carbón activo redox. Este material se intercala entre dos membranas de control de gas conmutables. El sorbente (material adsorbente) y las membranas de compuerta están muy próximas entre sí y se sumergen en un electrolito orgánico para proporcionar a los iones de zinc un medio para moverse de un lado a otro.

 Esquema que muestra los principios de funcionamiento de una membrana de compuerta de gas mediada electroquímicamente.
( A ) Membrana de compuerta en su estado abierto, donde la membrana AAO con poros unidireccionales ordenados permite una rápida transferencia de masa a la interfaz gas-líquido. La superficie superior de la membrana se vuelve eléctricamente conductora mediante la deposición física de una película fina de oro. ( B ) Membrana de compuerta en su estado cerrado. La electrodeposición de una capa densa de nanocristales metálicos sobre la superficie de la membrana conductora puede proporcionar una barrera de gas eficaz para reducir la permeabilidad de la membrana. ( C y D ) Modos operacionales del concentrador de CO2 mediado electroquímicamente demostrado en este trabajo, que se construye integrando una celda electroquímica de captura de CO2 con dos membranas de compuerta. Las moléculas de quinona sirven como sorbentes activos redox para la captura / liberación de CO2 , que pueden formar aductos de CO2 estables cuando se reducen y liberar CO2 cuando se oxidan. M denota un revestimiento metálico depositado electroquímicamente, que es Zn en este estudio. M n + denota el catión correspondiente de M, que es Zn 2+ en este estudio. (C) Para la captura de CO2 , la compuerta se abre hacia una corriente de alimentación diluida y el electrodo de quinona se reduce para absorber CO2 . (D) Para liberar CO2, la polaridad de la puerta cambia para abrirse hacia la corriente de producto, y el electrodo de quinona se oxida electroquímicamente para liberar CO2 puro 

Las dos membranas de puerta se encienden y apagan mediante un interruptor que controla la polaridad del voltaje. Cuando se acciona el interruptor, los iones de zinc se trasladan al otro lado. Entonces, los iones bloquean un lado formando una película de metal sobre él mientras abren el otro lado, disolviendo la película de metal de ese lado.

Cuando la capa de sorbente está abierta al público, el material se empapa en dióxido de carbono hasta que alcanza la máxima saturación. Luego, cuando se cambia la polaridad, se libera una corriente concentrada de dióxido de carbono casi puro. Eso significa que existe un flujo de alimentación que ingresa al sistema por un extremo y un flujo de producto que sale por el otro en una operación aparentemente continua.

La instalación de un sistema con este artilugio que alterne la mitad de las secciones para estar encendido en todo momento podría convertirlo en un dispositivo de filtrado continuo.

El dispositivo también utiliza una cantidad minúscula de materiales, lo que representa otra ventaja significativa: no requiere energía para funcionar realmente, solo necesita una pequeña cantidad de electricidad para cambiar de estado. Este proceso podría convertirse en un sistema para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en los entornos de fábrica / fabricante. Incluso podría filtrar el aire ambiente en lugares con baja calidad del aire.

Fuente: Yayuan Liu, et al. Electrochemically mediated gating membrane with dynamically controllable gas transport. Science Advances  16 Oct 2020: Vol. 6, no. 42, eabc1741 DOI: 10.1126/sciadv.abc1741

El material complementario de este artículo está disponible en http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/42/eabc1741/DC1


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