Experimental & Computational Design of High-Performance Polymer Membranes for CO2 Capture

实验性的

基本信息

  • 批准号:
    1159397
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-09-01 至 2016-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

1159397BaraThis NSF award by the Chemical and Biological Separations program supports work by Professors Jason E. Bara and Christoffer H. Turner from the Department of Chemical and Biological Engineering at the University of Alabama.Membranes potentially offer a highly energy efficient technology by which CO2 can be captured from sources such as coal-fired power plants. While the currently available membranes present some desirable performance characteristics, only marginal gains can be made in CO2 transport rates via structural modification of these polymers. However, polymers containing hindered, basic groups offer unprecedented opportunities to develop membranes with much higher transport rates via facilitated transport of CO2. In the presence of water, these groups can promote the formation of bicarbonate (HCO3-) anion, which can enable extremely high transport rates for CO2, minimizing energy requirements and the cost of CO2 capture. Because of the large number of possible membrane materials that can be developed around this concept, as well as a crucial need for detailed, molecular-level simulation efforts in the field of polymer gas separation membranes, a fundamental understanding of the design, facilitated transport mechanisms and polymer structures of these membranes for CO2 capture will be most readily achieved via coordinated experimental and computational studies. The success of this project will significantly advance the fundamental understanding of polymer membranes and facilitated transport mechanisms for CO2 capture. Additionally, the results generated will be of interest to other major research areas, such as pharmaceuticals and biomaterials, where similar structures are used for their therapeutic, antifungal and antibacterial properties.The proposed project provides an excellent educational platform for graduate, undergraduate students, as well as outreach activities. The students involved with the project will benefit from an excellent synergy and training opportunities within the combined experimental and computational efforts. The PI and co-PI are directors of the NSF-REU Site "Engineering Solutions for Clean Energy Generation, Storage, and Consumption" and this research proposal can provide multiple synergies and opportunities for students in that program. Additionally, our project will provide the basis for a new Honors Forum class taught within the Chemical and Biological Engineering Department at UA. This is an interactive, discussion-oriented class, which focuses on a new (contemporary) topic each semester. Bara and Turner will co-teach this class, focusing on emerging technologies for addressing CO2-related issues. Funding provided through this proposal will enable additional short-term research opportunities for undergraduate students. During the studies, students will learn skills related to the use of polymer synthesis, membrane characterization, NMR, instrument design using LabView, as well as develop skills in molecular simulations and electronic structure calculations.
1159397 BaraThis由化学和生物分离计划NSF奖支持教授杰森E。作者声明:Christoffer H.膜可能提供一种高能效的技术,通过这种技术可以从燃煤发电厂等来源中捕获二氧化碳。 虽然目前可用的膜呈现出一些期望的性能特征,但是通过这些聚合物的结构改性,仅可以在CO2传输速率方面获得边际增益。 然而,含有受阻的碱性基团的聚合物提供了前所未有的机会,通过促进CO2的传输来开发具有更高传输速率的膜。 在有水存在的情况下,这些基团可以促进碳酸氢根(HCO 3-)阴离子的形成,这可以实现极高的CO2传输速率,最大限度地减少能量需求和CO2捕获成本。 由于大量的可能的膜材料,可以围绕这一概念,以及一个关键的需要,详细的,分子水平的模拟工作,在该领域的聚合物气体分离膜,一个基本的理解的设计,促进运输机制和聚合物结构的这些膜CO2捕获将最容易通过协调的实验和计算研究实现。 该项目的成功将大大推进对聚合物膜的基本理解和促进CO2捕获的传输机制。 此外,所产生的结果将对其他主要研究领域感兴趣,例如药物和生物材料,其中类似的结构用于其治疗,抗真菌和抗菌特性。拟议的项目为研究生,本科生以及外展活动提供了一个很好的教育平台。 参与该项目的学生将受益于实验和计算工作相结合的良好协同作用和培训机会。 PI和co-PI是NSF-REU网站“清洁能源发电,储存和消费工程解决方案”的董事,这项研究提案可以为该计划的学生提供多种协同作用和机会。 此外,我们的项目将提供一个新的荣誉论坛类在化学和生物工程系在UA内任教的基础。这是一个互动的,以讨论为导向的课程,每学期专注于一个新的(当代)主题。 巴拉和特纳将共同教授这门课程,重点关注解决二氧化碳相关问题的新兴技术。 通过这项提案提供的资金将为本科生提供额外的短期研究机会。 在学习期间,学生将学习与使用聚合物合成,膜表征,NMR,使用LabView的仪器设计相关的技能,以及培养分子模拟和电子结构计算方面的技能。

项目成果

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知道了