در یک مطالعه پیشگامانه، محققان با موفقیت غشاهای غربال مولکولی کربنی هیبریدی را سنتز و مورد استفاده قرار داده‌اند که دارای منافذ نانو و میکروی کنترل‌شده دقیق، همراه با ترکیب اتم‌های منفرد روی هستند. این رویکرد نوآورانه نویدبخش انقلابی در فناوری‌های جداسازی گاز است و پیشرفتهای قابل توجهی در کارایی و گزینش‌پذیری ارائه می‌دهد.
توسعه این غشاهای هیبریدی ناشی از افزایش تقاضا برای مواد پیشرفتهای است که قادر به پرداختن به چالش‌های ناشی از فرآیندهای جداسازی گاز در صنایع مختلف، از جمله انرژی، حفاظت از محیط زیست و تولید مواد شیمیایی باشند. روش‌های سنتی جداسازی گاز اغلب به فرآیندهای انرژی‌بر متکی هستند که منجر به هزینه‌های عملیاتی بالا و نگرانی‌های زیست‌محیطی می‌شود. معرفی غشاهای غربال مولکولی کربن هیبریدی، یک جایگزین پایدار ارائه می‌دهد که می‌تواند این مسائل را کاهش دهد.
سنتز غشاها شامل یک فرآیند دقیق است که امکان تنظیم دقیق اندازه منافذ در سطوح نانو و میکرو را فراهم می‌کند. این دقت بسیار مهم است، زیرا غشاها را قادر می‌سازد تا گازها را بر اساس اندازه و شکل مولکولی آنها به صورت انتخابی فیلتر کنند. ادغام اتم‌های منفرد روی در ساختار غشا، با ایجاد مکان‌های فعال اضافی که جذب و جداسازی گاز را تسهیل می‌کنند، عملکرد آن را بیشتر افزایش می‌دهد.
در آزمایش‌های آزمایشگاهی، غشاهای هیبریدی قابلیت‌های جداسازی گاز استثنایی، به‌ویژه برای مخلوط‌های چالش‌برانگیزی مانند دی‌اکسید کربن و متان، را نشان دادند. این غشاها نفوذپذیری و گزینش‌پذیری قابل توجهی از خود نشان دادند که از مواد مرسوم پیشی می‌گیرد. این امر به‌ویژه در زمینه فناوری‌های جذب و ذخیره‌سازی کربن (CCS) که در آن جداسازی کارآمد CO2 از سایر گازها برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای ضروری است، اهمیت دارد.
علاوه بر این، غشاهای هیبریدی نویدبخش کاربردهای متنوعی فراتر از CCS هستند. می‌توان از آنها در تصفیه گاز طبیعی، تولید هیدروژن و حتی در صنعت داروسازی برای جداسازی ترکیبات آلی فرار استفاده کرد. تطبیق‌پذیری این غشاها، راه‌های جدیدی را برای تحقیق و توسعه باز می‌کند که به طور بالقوه منجر به پیشرفت‌هایی در بخش‌های مختلف می‌شود.
محققان نسبت به مقیاس‌پذیری فرآیند سنتز، که یک عامل حیاتی برای دوام تجاری است، خوش‌بین هستند. آنها در حال حاضر در حال بررسی روش‌هایی برای تولید این غشاها در مقیاس بزرگتر با حفظ کیفیت و ویژگی‌های عملکردی مشاهده شده در محیط‌های آزمایشگاهی هستند. همکاری با شرکای صنعتی نیز برای تسهیل گذار از تحقیقات به کاربردهای عملی در حال انجام است.
غشاهای غربال مولکولی کربن هیبریدی علاوه بر عملکرد چشمگیرشان، سازگار با محیط زیست نیز هستند. مواد مورد استفاده در سنتز آنها فراوان و غیرسمی هستند که با تأکید روزافزون بر پایداری در علم مواد مطابقت دارد. این جنبه به ویژه برای صنایعی که به دنبال کاهش ردپای کربن خود و رعایت مقررات سختگیرانه‌تر زیست‌محیطی هستند، جذاب است.
در حالی که جهان با چالش‌های تغییرات اقلیمی و مدیریت منابع دست و پنجه نرم می‌کند، نوآوری‌هایی مانند غشاهای غربال مولکولی کربن هیبریدی گامی مهم به جلو محسوب می‌شوند. این غشاها با بهبود فرآیندهای جداسازی گاز، می‌توانند نقش مهمی در دستیابی به راه‌حل‌های انرژی پاک‌تر و کاهش انتشار گازهای صنعتی ایفا کنند.
در نتیجه، سنتز و استفاده از غشاهای غربال مولکولی کربن هیبریدی با منافذ نانو و میکرو کنترل‌شده، همراه با اتم‌های منفرد روی، پیشرفت قابل توجهی در علم مواد را نشان می‌دهد. این غشاها با قابلیت‌های استثنایی جداسازی گاز و پتانسیل کاربردهای مختلف، آماده‌اند تا تأثیر ماندگاری بر صنایع در سراسر جهان بگذارند و راه را برای شیوه‌های کارآمدتر و پایدارتر هموار کنند. محققان همچنان به بررسی پتانسیل کامل این فناوری ادامه می‌دهند و هدف آنها انتقال آن از آزمایشگاه به کاربردهای دنیای واقعی در آینده نزدیک است.
زمان ارسال: ۱۹ دسامبر ۲۰۲۴
