SBIR Phase I: Optimization and scaling of ladder polymers for membrane-based gas separations

SBIR 第一阶段:用于膜基气体分离的梯形聚合物的优化和规模化

基本信息

  • 批准号:
    2151444
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25.38万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-08-15 至 2024-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This broader impact/commercial potential of this Small Business Innovation Research (SBIR) Phase I project aims to develop membrane solutions to address opportunities in the gas and vapor separation market. Today, this market is dominated by energy-intensive thermal processes that have large carbon footprints, such as distillation and absorption/stripping. The current membrane solutions often lack the flux, recovery, and stability required for many applications. The membranes that will be developed in this project are formed from novel polymeric materials that have the highest combinations of permeability and selectivity out of all polymers reported in the open literature. If deployed commercially for renewable and/or traditional natural gas purification, these membranes could reduce energy consumption and product loss by over 40% and over 80%, respectively, compared to current commercial membranes. In this way, the advanced membranes being developed could save up to $2 million per day in product loss that is currently flared from commercial membrane systems, resulting in both savings for the customer and a reduced environmental footprint. Related opportunities in other gas and vapor separation markets could also be enabled by this research.The intellectual merit of this project is to develop gas separation membranes from a novel class of polymers with record performance. To this end, this effort aims to scale polymer synthesis, form thin films, test developed membranes using complex gas mixtures, and develop an optimized techno-economic model for market applications. These objectives are of practical importance for manufacturing and commercialization, but they are likewise important for scientific and technical innovation in polymer science and thin-film formation. Moreover, testing these materials in thin film form under complex gas mixtures will provide data on stability under relevant conditions. The research on polymer scaleup and thin film formation is critical for refining technoeconomic assumptions for capital costs, and the testing of complex gas mixtures is critical for refining assumptions on process energy costs and cost savings from product recovery. Accomplishment of these objectives will enable new innovations related to the formation of membrane modules that can be tested and evaluated with industrial gas mixtures.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.
这项小企业创新研究(SBIR)第一阶段项目的广泛影响/商业潜力旨在开发膜解决方案,以应对气体和蒸汽分离市场的机遇。如今,这一市场主要由能源密集型热过程主导,如蒸馏和吸收/剥离等,这些过程具有大量的碳足迹。目前的膜解决方案往往缺乏通量,回收率和稳定性所需的许多应用。在这个项目中开发的膜是由新型聚合物材料形成的,这种材料在公开文献中报道的所有聚合物中具有最高的渗透性和选择性组合。如果将这些膜用于可再生能源和/或传统天然气的商业净化,与目前的商业膜相比,这些膜可以分别减少40%和80%以上的能源消耗和产品损失。通过这种方式,正在开发的先进膜每天可以节省高达200万美元的产品损失,这是目前商用膜系统所消耗的,既为客户节省了成本,又减少了环境足迹。其他气体和蒸汽分离市场的相关机会也可以通过这项研究实现。这个项目的智力价值是用一种新型的聚合物开发出具有创纪录性能的气体分离膜。为此,这项工作旨在扩大聚合物合成的规模,形成薄膜,使用复杂的气体混合物测试开发的膜,并为市场应用开发优化的技术经济模型。这些目标对于制造和商业化具有实际重要性,但它们对于聚合物科学和薄膜形成的科学和技术创新同样重要。此外,在复杂气体混合物中以薄膜形式测试这些材料将提供相关条件下稳定性的数据。聚合物放大和薄膜形成的研究对于完善资本成本的技术经济假设至关重要,而复杂气体混合物的测试对于完善工艺能源成本和产品回收成本节约的假设至关重要。这些目标的实现将促成与膜组件形成相关的新创新,这些膜组件可以用工业气体混合物进行测试和评估。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

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