Исследователи предлагают использовать композитные мембраны с наноалмазами для очистки водорода

Сейчас многими странами водород рассматривается в качестве топлива будущего, поскольку при выработке энергии из него не остается ничего кроме воды. Однако требуется значительно большие объёмы производства водорода, чем есть сейчас. Над этим работают различные исследовательские группы. В том числе, проблемой занимались специалисты из Института комплексных исследований клеток и материалов (iCeMS) при Киотском университете. Они разработали композитные мембраны, армированные алмазами. Учёные предлагают использовать их для очистки водорода из его во влажных смесей. Предполагается, что это сделает процесс получения водорода значительно более эффективным и дешевым.

Исследователи предлагают использовать в мембранах оксид графена (GO). Это производная графита, которую можно использовать в качестве мембраны для очистки водорода. Через такую мембрану легко проходит газообразный водород, а крупные молекулы застревают. Отделение водорода от CO₂ или O₂ происходит в условиях высокой влажности. Слои оксида графена заряжены отрицательно, что заставляет их отталкиваться друг от друга. Под действием влажности этот эффект выражен ещё сильнее. При этом молекулы воды накапливаются в пространстве между слоями GO. В итоге это приводит к растворению мембраны.

Ещё один руководитель данного исследования, доктор Бехнам Галеи (Behnam Ghalei) объяснил, что добавление наноалмазов к слоям GO устраняет проблему дезинтеграции, которая вызывается влажностью. Наноалмазы имеют положительный заряд, который нейтрализует отрицательное отталкивание слоёв оксида графена и делает его слои более водостойкими и компактными.

В исследовании также участвовали другие группы ученых из Японии и других стран. Рентгеновскими исследованиями занимались специалисты из Японского научно-исследовательского института синхротронного излучения (SPring-8 / JASRI). Вопросами разработки материалов занимался Институт квантовой науки о жизни (QST). Характеризацию современных материалов провели учёные из Шанхайского технологического университета в Китае и Национального центрального университета на Тайвани. Результаты проведённой работы они опубликовали в Nature energy.

Сивания отметил, что с доктором Рюдзи Игараси (Ryuji Igarashi) из QST они смогли получить доступ к наноалмазам с четко определенными размерами и функциями. Без них исследование было бы невозможно. Группа Игараси имеет запатентованную технологию, которая позволит нарастить производство наноалмазов по разумной цене в будущем, если появится такая необходимость.

Сивания сказал, что наноалмазы могут использоваться не только для производства водорода. Контроль влажности также является жизненно важным в ряде других отраслей. Например, производство полупроводников, литий-ионных аккумуляторов, фармацевтическая промышленность. Кроме того, мембранные технологии могут произвести революцию в сфере кондиционирования воздуха за счёт того, что позволяют эффективно удалять влагу. Кондиционеры представляют собой один из наиболее неэффективных способов охлаждения. Это объясняется тем, что в них существенная часть электроэнергии идёт на удаление влаги.

iCeMS при Киотском университете является одним из ведущих институтов Японии по разработке инновационных подходов и привлечению науки для помощи обществу.