Além da geração de nitrogênio: avanços das peneiras moleculares de carbono em separação e catálise avançadas.

Quando peneiras moleculares de carbono Quando se fala em peneiras moleculares de carbono (CMS), a maioria das pessoas as associa inicialmente à adsorção por oscilação de pressão (PSA) para a produção de nitrogênio. No entanto, com o aprimoramento das tecnologias de preparação, os limites de aplicação desse material estão em constante expansão. Dotadas de uma estrutura porosa bem desenvolvida, distribuição uniforme do tamanho dos poros e excelente estabilidade térmica, as peneiras moleculares de carbono demonstram valor insubstituível em áreas de ponta, como captura de CO₂, purificação de hidrogênio, separação petroquímica e conversão catalítica, emergindo como um material fundamental para impulsionar a modernização da indústria de baixo carbono e a manufatura de alta tecnologia.

Impulsionada pelos objetivos de "carbono duplo", a captura e separação de CO₂ tornaram-se um importante foco de pesquisa. Como adsorvente sólido, as peneiras moleculares de carbono (PMC) apresentam desempenho excepcional na separação de CO₂. Sua estrutura microporosa permite a peneiração molecular precisa do CO₂ de gases como CH₄ e H₂, tornando-as particularmente adequadas para a purificação de gás natural e a separação de metano de leito de carvão. Comparado ao método tradicional de adsorção com aminas, o método de adsorção com PMC é não corrosivo, livre de poluição secundária e com menor consumo de energia. Ele pode reduzir efetivamente as emissões de CO₂ de gases residuais industriais e contribuir para a neutralidade de carbono. Estudos demonstraram que, por meio de tratamentos de modificação (por exemplo, introduzindo uma estrutura de poros hierárquica e ajustando o volume de microporos), a capacidade de adsorção de CO₂ e o fator de separação das peneiras moleculares de carbono podem ser significativamente aprimorados, expandindo ainda mais seus cenários de aplicação no campo da captura de carbono.

Como elemento central da energia limpa, a energia do hidrogênio impõe exigências extremamente elevadas aos materiais de separação em seu processo de purificação. Graças à sua capacidade de regular o tamanho dos poros em nível sub-angstrom, as peneiras moleculares de carbono podem separar eficientemente o H₂ de gases de impurezas como CH₄ e CO₂. Peneiras moleculares de carbono de novo tipo alcançaram um controle preciso do tamanho dos poros em nível de 0,1 angstrom por meio de tecnologias como a ativação por gradiente de concentração de CO₂ e poliimida com dupla reticulação. Sua seletividade H₂/CH₄ pode atingir 3807-6538 com uma permeabilidade ao H₂ significativamente melhorada, e o consumo de energia para a separação é de apenas 1/3 a 1/5 do método de destilação tradicional. Isso reduz consideravelmente o custo da purificação do hidrogênio e impulsiona a industrialização da energia do hidrogênio.

Na área petroquímica, as peneiras moleculares de carbono têm solucionado o desafio da separação de olefinas/parafinas, um problema comum em toda a indústria. Propileno e propano, assim como etileno e etano, apresentam diferenças mínimas no tamanho molecular, resultando em alto consumo de energia e baixa eficiência nos processos de separação tradicionais. As peneiras moleculares de carbono de novo tipo constroem uma estrutura microporosa uniforme por meio da tecnologia de sinergia de pirólise-rearranjo, com uma razão de adsorção C₃H₆/C₃H₈ superior a 100. Alguns de seus indicadores de desempenho ultrapassaram o limite superior de Robeson, possibilitando a separação eficiente dos pares de gases mencionados, melhorando a pureza e o rendimento dos produtos petroquímicos e reduzindo o consumo de energia na produção.

As peneiras moleculares de carbono também apresentam vantagens únicas como catalisadores ou suportes catalíticos. No processo de conversão de biomassa, elas podem realizar a conversão completa de celulose, hemicelulose e lignina, evitando a geração de grandes quantidades de resíduos ácidos e reduzindo a poluição ambiental e os problemas de formação de coque. Sua estrutura microporosa abundante fornece sítios catalíticos ativos suficientes; ao incorporar sítios ativos metálicos, elas podem ser aplicadas em reações como hidrogenação e desidrogenação, integrando as funções de peneiramento molecular e catálise e impulsionando o desenvolvimento de processos químicos sustentáveis.

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