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.
这项小型企业创新研究(SBIR)I阶段项目的更广泛的影响/商业潜力旨在开发膜解决方案,以解决气体和蒸气分离市场的机会。如今,这个市场由能源密集型热过程主导,这些热过程具有较大的碳足迹,例如蒸馏和吸收/剥离。当前的膜解决方案通常缺乏许多应用所需的通量,恢复和稳定性。该项目中将开发的膜是由新型聚合物材料形成的,这些新型聚合物材料在开放文献中报告的所有聚合物中具有最高的渗透性和选择性组合。如果与当前的商业膜相比,这些膜用于可再生和/或传统的天然气净化以进行商业化和/或传统的天然气净化,则可以分别将能耗和产品损失降低40%以上和80%以上。这样,开发的高级膜可以节省每天最多20​​0万美元的产品损失,而产品损失目前从商业膜系统中却爆发,从而为客户节省了节省,并且环境足迹减少了。这项研究也可以实现其他天然气和蒸气分离市场的相关机会。该项目的智力优点是从具有创纪录性能的新型聚合物中开发出气体分离膜。为此,这种努力旨在扩展聚合物合成,形成薄膜,使用复杂的气体混合物开发膜,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至关重要,但对于聚合物科学和薄膜形成的科学和技术创新而言,它们同样重要。此外,在复杂的气体混合物下以薄膜形式测试这些材料将在相关条件下提供有关稳定性的数据。关于聚合物尺度和薄膜形成的研究对于精炼资本成本的技术经济假设至关重要,并且对复杂气体混合物的测试对于完善过程能源成本和产品回收中节省成本的假设至关重要。这些目标的实现将实现与可以通过工业气体混合物进行测试和评估的膜模块形成的新创新。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子优点和更广泛影响的评估标准来通过评估来进行评估的。

项目成果

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