Inovativní zařízení pro tvorbu dynamických kapalinových bublinových membrán na vodní bázi pro separaci plynů/par

Oxid uhličitý představuje největší příspěvek k emitovaným skleníkovým plynům. Proto je vysoce žádoucí vyhnout se používání tradičních fosilních paliv, jako je uhlí a ropa. Zemní plyn i bioplyn vyráběné z obnovitelných surovin obsahující metan jako aktivní složku jsou ekologicky šetrnějším zdrojem energie. Tyto plyny však obvykle obsahují významné procento oxidu uhličitého vedle malého množství ostatních plynů, což snižuje energetickou využitelnost plynu. Vedle dobře zavedených technologií, včetně adsorpce, úpravy aminy a promývání vodou, jsou hledány nové ekonomicky i ekologicky výhodné technologie. Značné úsilí je v současné době věnováno vývoji a aplikaci membránových procesů pro separaci plynů, protože membrány jsou relativně jednoduché a procesy méně energeticky náročné a snadno škálovatelné. Slabinou většiny membrán je však dobře známý „kompromis“ mezi propustností a selektivitou, tj. membrána typicky nebývá jak vysoce selektivní, tak vysoce propustná.

Skupina Dr. Uchytila se dlouhodobě zabývá problematikou separace plynů a par pomocí membrán různého typu. Jedním ze směrů je i využití kapalných membrán pro dělení oxidu uhličitého z plynných směsí. Nedávno publikovaná práce v časopisu Chemical Engineering Journal navazuje na několikaletý výzkum unikátního typu membránového systému tzv. dynamických kapalných membrán vyznačujícího se vysokou selektivitou i propustností plynů a nízkou cenou. V práci je popsáno zařízení pro separaci plynných směsí pomocí dynamické kapalné bublinové membrány (DLBM), které v laboratorních podmínkách prokázalo vynikající účinnost separace pro systémy CO₂/CH₄ a CO₂/O₂. Principem DLBM je kontinuálně regenerovaná síť bublin naplněných směsí plynů; plyny jsou děleny na tenkém kapalném filmu stěn bublin v důsledku různých rozpustností plynů v kapalině tvořící bubliny. Myšlenka systému DLBM je v membránové technologii nová; výhodami jsou několik mikrometrů tlustý kapalný film poskytující vysoký tok, unikátní konstrukce experimentálního zařízení zajišťující kontinuální regeneraci tekutého filmu během procesu a přizpůsobitelné složení tekutého filmu pro vysokou membránovou selektivitu.

Schéma separačního mechanismu bublinových membrán a zařízení pro přípravu DLBM pro separaci směsí plynů/par

• Lin, Y.C.; Setničková, K.; Wang, D.K.; Chu, Y.F.; Šíma, V.; Chiang, Y.Y.; Uchytil, P.; Tseng, H.H.: Innovative water-based dynamic liquid bubble membrane generation device for gas/vapour separation. Chem. Eng. J. 2022, 450(3), 138233-138242. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138233