Ambient carbon dioxide capture and conversion via membranes

Abstract

El canvi climàtic causat per l'augment del contingut de CO2 a l'atmosfera està causant gran preocupació avui dia. La constant necessitat de generació d'energia verda ens va inspirar a desenvolupar un sistema fotosintètic artificial. El sistema funciona com un full, on el CO2 es capta directament de l'aire a través dels porus de la membrana i passa als següents compartiments per convertir-se finalment en metanol o altres hidrocarburs i serà utilitzat com a combustible. L'objectiu principal del treball és revelar la influència dels contactors de membrana basats en polisulfona sobre la taxa de captura de CO2 atmosfèric mitjançant absorció química en solucions aquoses. Les membranes de làmines planes que varien en morfologia es van preparar per precipitació i es van sotmetre a caracterització de morfologia interna i de la superfície. La membrana de polisulfona es va modificar amb una sèrie d'additius coneguts per l'afinitat de CO2, com ara: nenopartículas de ferrita, carbó activat i enzims. A més, la compatibilitat entre les membranes i la solució absorbent es va avaluar en termes de mesures d'inflament i angle de contacte. A més, es van realitzar estudis preliminars sobre la conversió de CO2 capturada en combustibles amb l'ús d'una unitat electroreductora. Els estudis van mostrar que el sistema basat en polisulfona té una assimilació de CO2 superior en comparació amb el rendiment d'un full. A més, els millors resultats es van obtenir utilitzant una membrana en blanc i sense modificar, el que proporciona un baix cost de producció. A més, es va aconseguir la conversió de bicarbonat a àcid fòrmic, donant un començament prometedor per millorar en el treball futur.

El cambio climático causado por el aumento del contenido de CO2 en la atmósfera está causando gran preocupación hoy en día. La constante necesidad de generación de energía verde nos inspiró a desarrollar un sistema fotosintético artificial. El sistema funciona como una hoja, donde el CO2 se capta directamente del aire a través de los poros de la membrana y pasa a los siguientes compartimentos para convertirse finalmente en metanol o otros hidrocarburos y sera utilizado como combustible. El objetivo principal del trabajo es revelar la influencia de los contactores de membrana basados en polisulfona sobre la tasa de captura de CO2 atmosférico mediante absorción química en soluciones acuosas. Las membranas de láminas planas que varían en morfología se prepararon por precipitación y se sometieron a caracterización de morfología interna y de la superficie. La membrana de polisulfona se modificó con una serie de aditivos conocidos por la afinidad de CO2, tales como: nenopartículas de ferrita, carbón activado y enzimas. Además, la compatibilidad entre las membranas y la solución absorbente se evaluó en términos de medidas de hinchamiento y ángulo de contacto. Además, se realizaron estudios preliminares sobre la conversión de CO2 capturada en combustibles con el uso de una unidad electroreductora. Los estudios mostraron que el sistema basado en polisulfona tiene una asimilación de CO2 superior en comparación con el rendimiento de una hoja. Además, los mejores resultados se obtuvieron utilizando una membrana en blanco y sin modificar, lo que proporciona un bajo costo de producción. Además, se logró la conversión de bicarbonato a ácido fórmico, dando un comienzo prometedor para mejorar en el trabajo futuro.

The climate change caused by the increased CO2 content in the atmosphere is raising a lot of concern nowadays. The constant need for sustainable green energy generation inspired us to develop an artificial photosynthetic system. The system works as a leaf, where CO2 is captured directly from air through the membrane pores and passes to the next compartments to be finally converted to methanol or other hydrocarbons and to be further used as fuel in fuel cells. The main scope of the work is to reveal the influence of polysulfone -based membrane contactors on atmospheric CO2 capture rate by chemical sorption into absorbent aqueous solutions. Flat sheet membranes that vary in morphology were prepared by immersion precipitation and undergo internal morphology and surface characterization. The polysulfone membrane was modified with a number of additives known for the CO2 affinity such as: ferrite nenoparticles, activated carbon and enzymes. Moreover, the compatibility between membranes and absorbent solution was evaluated in terms of swelling and contact angle measurements. Additionally, preliminary studies concerning the captured CO2 conversion to fuels were performed with use of electro-reductive unit. Studies showed that the polysulfone based system has superior CO2 assimilation compared to a leaf performance. Moreover, the best results were obtained using blank and unmodified membrane, providing a low production cost. Furthermore, the conversion of bicarbonate to formic acid was achieved, giving a promising start to be improved in future work.