Odstraňování oxidu uhličitého (CO2) a oxidu siřičitého (SO2) z průmyslových spalin je klíčovou výzvou v oblasti ochrany životního prostředí a vývoje moderních separačních technologií. Účinné zachycování těchto plynů úzce souvisí s návrhem inovativních materiálů a podrobným porozuměním jejich sorpčních vlastností pro všechny plyny ve spalinách. Touto problematikou se zabývá Výzkumná skupina membránových separací.
V této práci byla pokročilá experimentální sorpční metoda kombinována s molekulárním modelováním pomocí simulací Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) a Molecular Dynamics (MD), aby bylo možné lépe porozumět mechanismům sorpce plynů v pokročilých kompozitních membránách na bázi chemicky vysoce odolných poly(ether-ether-keton) (PEEK) ionomerů. Byly studovány sorpční vlastnosti kyselých plynů (CO2, SO2) a nereaktivních plynů (CH4, N2), jakož i směsí SO2 + N2 v membránách obsahujících segmenty PEEK propojené imidazoliovými skupinami upravené komplementárními imidazoliovými iontovými kapalinami (IL).
Výsledky ukázaly, že SO2 vykazuje nejvyšší sorpční aktivitu, a to i ve silně zředěných směsích (~5000 ppm) s dusíkem. Preferenční pořadí sorpce plynů bylo zjištěno v tomto pořadí: SO2 > CO2 > CH4 > N2. Bylo rovněž zjištěno, že varianta PEEK-ionomeru bez methylové substituce na imidazoliovém jádru vykazuje vyšší selektivitu rozpustnosti CO2/N2 než methylovaná varianta. Tento rozdíl se však s rostoucím tlakem snižuje, pravděpodobně v důsledku snížené mobility polymerního řetězce a dominantního vlivu „volné“ iontové kapaliny na transport plynu. Molekulární simulace dále odhalily, že přítomnost 2 ekvivalentů iontové kapaliny v kompozitu maximalizuje prodloužení polymerního řetězce, zatímco vyšší obsah iontové kapaliny polymerní řetězce smršťuje a zvyšuje hustotu polymeru, čímž se snižuje volný objem dostupný pro permeanci molekul plynu.
Tato studie demonstruje význam propojení experimentálních a výpočetních metod při navrhování nových membránových materiálů s vysokým potenciálem pro účinné čištění průmyslových spalin.
- Stanovský P., Škvára J., Vopička O., Friess K., Ravula S., Bara J.E., Kujawski W., Wang D.K., Izák P.: Gas sorption and permeation in novel PEEK-ionene membranes: Structural, pressure effects and modeling. Sep. Purif. Technol. 2026, 389(May 9), 136895. doi.org/10.1016/j.seppur.2026.136895