Кислородный графен: ключ к эффективной очистке природного газа от CO₂

Исследователи из Университета Тиба (Япония) во главе с доцентом Томонори Охба экспериментально продемонстрировали, что ультратонкие графеновые мембраны с кислородными функциональными группами эффективно отделяют CO₂ от CH₄. Как показали эксперименты и компьютерное моделирование, ключевую роль играет размер пор: при диаметре более 0,5 нм мембрана плохо различает газы, а близкие к 0,4 нм поры обеспечивают заметную селективность.

Реальные мембраны, состоящие из нескольких графеновых слоёв, изначально показали меньшую проницаемость для CO₂, чем предсказывало моделирование. Этот разрыв объяснили наличием кислородных групп на графене, которые естественным образом образуются на дефектах и краях материала. Последующая обработка мембран кислородной плазмой значительно улучшила разделение газов, подтвердив данные симуляций.

Селективность обеспечивается более сильным взаимодействием молекул CO₂ с кислородными функциональными группами на краях пор, чем у метана. Это позволяет CO₂ легче проникать через мембрану даже при относительно больших размерах пор, сохраняя высокую общую проницаемость и скорость потока.

Такая технология может сделать очистку биогаза и природного газа эффективнее, снизить выбросы CO₂ и уменьшить энергозатраты в промышленности. Таким образом, модифицированные графеновые мембраны открывают путь к созданию нового поколения экономичных и экологичных систем газоразделения.