PFI-TT: Development of Polymeric Organosilica Membranes for Hydrogen Purification at 100 – 300 oC

PFI-TT:开发用于 100 – 300 oC 氢气纯化的聚合有机硅膜

基本信息

  • 批准号:
    2044623
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-01-01 至 2023-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Partnerships for Innovation - Technology Translation (PFI-TT) project is that the silica membrane products will enable low-cost production of hydrogen gas, (H2, a clean energy carrier), and carbon dioxide (CO2, a greenhouse gas) capture for utilization or storage on a large scale - economically mitigating CO2 emissions to the environment. Specifically, the program will bring the technology beyond the laboratory by demonstrating scalability of membrane production using conventional processes and capitalizing on the long-term stability of the membranes when used with realistic gas streams. The team seeks to license the technology to a membrane manufacturer and developer, which can then conduct pilot-scale field tests of the membrane systems and offer small commercial systems for separation and purification of H2 from various industrial streams. The students participating in this program will benefit from interdisciplinary training on membranes and separation, H2 purification and carbon capture, materials science and engineering, and advanced manufacturing. The research will become a valuable vehicle to attract students from underrepresented groups at various levels (graduate, undergraduate, and high school) to experience entrepreneurial multi-disciplinary research and inspire them to pursue STEM careers and entrepreneurship.The project aims to demonstrate the potential of polymeric organosilica (POSi) membranes by meeting three milestones. (1) Prepare membranes with 50% higher H2 permeance and three times higher H2/CO2 selectivity than current commercial membranes by optimizing polymer precursors and fabrication conditions; (2) Scale-up membrane production (10 – 100 m2 membrane area) using industrial roll-to-roll facilities; and (3) Demonstrate continuous long-term (2-4 weeks) performance and stability with simulated gas mixtures. The key innovation of the technology is a facile means of preparing an ultrathin layer (10 nm or less) of inorganic material on top of polymeric membranes, providing superior H2 permeance and H2/CO2 selectivity. Such polymeric membranes are routinely produced in industry, and they provide excellent mechanical support for the ultrathin inorganic selective layer during processing and use. the team's approach represents a new, scalable, reproducible, and low-cost means of preparing inorganic membranes for gas separation, in contrast to the high cost and poor scalability of existing production routes, which have prevented the adoption of high-performance inorganic membranes for gas separation.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该创新技术转化伙伴关系(PFI-TT)项目的更广泛影响/商业潜力在于,二氧化硅膜产品将实现低成本生产氢气(H2,一种清洁能源载体)和二氧化碳(CO2,一种温室气体)的捕获,以便大规模利用或储存,从而经济地减少二氧化碳对环境的排放。具体来说,该项目将通过展示使用传统工艺生产膜的可扩展性,以及利用膜在实际气流中使用时的长期稳定性,将该技术带到实验室之外。该团队寻求将该技术授权给膜制造商和开发商,然后他们可以对膜系统进行中试规模的现场测试,并提供小型商业系统,用于从各种工业流中分离和净化H2。参与该项目的学生将受益于膜与分离、H2净化与碳捕获、材料科学与工程以及先进制造等跨学科培训。这项研究将成为一个有价值的工具,吸引来自不同层次(研究生、本科生和高中)代表性不足群体的学生体验创业多学科研究,并激励他们追求STEM职业和创业。该项目旨在通过满足三个里程碑来展示聚合物有机二氧化硅(POSi)膜的潜力。(1)通过优化聚合物前驱体和制备条件,制备出H2渗透率提高50%、H2/CO2选择性提高3倍的膜;(2)利用工业卷对卷设备扩大膜生产规模(膜面积10 - 100平方米);(3)通过模拟气体混合物演示连续的长期(2-4周)性能和稳定性。该技术的关键创新是在聚合物膜上制备超薄层(10纳米或更小)无机材料的简单方法,提供卓越的H2透过性和H2/CO2选择性。这种聚合物膜在工业上是常规生产的,它们在加工和使用过程中为超薄无机选择层提供了良好的机械支撑。该团队的方法代表了一种新的、可扩展的、可重复的、低成本的气体分离无机膜制备方法,与现有生产路线的高成本和低可扩展性形成对比,这些生产路线阻碍了高性能无机膜用于气体分离的采用。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Engineering silica membranes for separation performance, hydrothermal stability, and production scalability
  • DOI:
    10.1016/j.advmem.2023.100064
  • 发表时间:
    2023-01-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Bui,Vinh;Tandel,Ameya Manoj;Lin,Haiqing
  • 通讯作者:
    Lin,Haiqing
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Solubility selective membrane materials for carbon dioxide removal from mixtures with light gases
  • DOI:
  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Haiqing Lin
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  • DOI:
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    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Haiqing Lin
  • 通讯作者:
    Haiqing Lin
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  • 通讯作者:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.400
  • 作者:
    Chenlie Ni;Haiqing Lin;Haibo Yin
  • 通讯作者:
    Haibo Yin

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知道了