폴리(4)의 CO2 분리 능력 모델링

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8812(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

멤브레인은 분리 공정을 고려하여 에너지 소비와 환경 문제를 줄이는 잠재적인 기술입니다. 이 기술의 새로운 종류인 혼합 매트릭스 멤브레인(MMM)은 고분자 매질에 고체 물질을 분산시켜 제조할 수 있습니다. 이처럼 폴리(4-메틸-1-펜텐) 기반 MMM은 온실효과를 가져오는 환경 오염물질인 이산화탄소(CO2)를 포집하는 데 큰 주목을 받고 있다. 폴리(4-메틸-1-펜텐)(PMP)과 나노입자로 구성된 다양한 MMM의 CO2 투과성을 실험적 관점에서 종합적으로 분석했습니다. 또한, 관련 PMP 기반 분리 공정을 구축하기 전에 CO2 투과도를 계산하기 위한 간단한 수학적 모델이 필요합니다. 따라서 현재 연구에서는 MLP-ANN(다층 퍼셉트론 인공 신경망)을 사용하여 PMP/나노입자 MMM의 CO2 투과성을 막 구성(첨가제 유형 및 용량) 및 압력과 연관시킵니다. 따라서 PMP 기반 막의 CO2 투과성에 대한 이러한 독립 변수의 영향을 다중 선형 회귀 분석을 사용하여 조사합니다. CO2 투과도는 모든 독립변수와 직접적인 관계가 있는 반면, 나노입자 투여량이 가장 강한 것으로 밝혀졌습니다. MLP-ANN 구조적 특징은 CO2 투과성에 대한 가장 정확한 예측을 달성할 수 있는 매력적인 잠재력을 효율적으로 입증했습니다. 베이지안 조절 알고리즘으로 훈련된 3-8-1 토폴로지를 갖춘 2계층 MLP-ANN이 고려된 문제에 대한 최상의 모델로 식별됩니다. 이 모델은 PMP/ZnO, PMP/Al2O3, PMP/TiO2 및 PMP/TiO2-NT에서 실험적으로 측정된 112개의 CO2 투과성을 5.5% 미만의 우수한 절대 평균 상대 편차(AARD), 6.87이고 상관계수(R)는 0.99470보다 높습니다. PMP와 TiO2-NT(이산화티타늄으로 기능화된 나노튜브)로 구성된 혼합 매트릭스 멤브레인이 CO2 분리에 가장 적합한 매체인 것으로 나타났습니다.

최근 지구 온난화와 기후 변화에 대비한 실용적인 도구로서 CO2(이산화탄소)1,2의 포집 및 격리가 큰 관심을 받고 있습니다. 문헌에 따르면, 산업화 이전 시대부터 현재까지 대기 중 CO2 농도는 280ppm에서 420ppm으로 급격히 증가했으며, 최대 허용치는 350ppm3,4입니다. 한편, 대기 중 CO2 농도는 21세기 말 현재 상승 수준으로 570ppm에 도달할 것으로 추정되었습니다5. 이러한 이유로 탄소 포집 및 저장(CCS) 전략6을 전개하는 데 중점을 두어 2050년까지 CO2 배출량을 줄이기 위한 여러 협약이 체결되었습니다. 이를 위해 흡수7, 흡착8,9, 극저온10 및 멤브레인11과 같은 다양한 기술이 제안되었습니다. 그러나 가장 성숙한 기술인 흡수는 장비의 부식12, 환경적 부작용13, 비용14 등 심각한 단점을 안고 있습니다. 또 다른 성숙한 기술인 극저온은 높은 에너지를 소비합니다15. 더욱이, 대규모 적용을 위한 적절한 흡착열과 합리적인 비용뿐만 아니라 높은 선택성과 담지 용량을 갖춘 수안정성 흡착제를 도입하는 것은 여전히 ​​​​심각한 과제입니다. 따라서 환경친화적, 효율적, 유연성, 비용, 성숙도 및 단순성에 관한 멤브레인 기술은 가스 분리18 및 오염 모니터링19을 위한 흥미로운 전략 중 하나로 간주됩니다. CO2 포집 및 격리는 CO2/N2 분리를 위한 연도 가스와 관련된 연소 후 응용 분야에 중요할 뿐만 아니라 바이오가스 업그레이드20 및 CO2/CH4 분리를 위한 천연 가스 감미료21를 포함하여 재생 가능한 에너지원을 개발하기 위한 연소 전 공정에도 필요합니다. . 회수된 이산화탄소는 고부가가치 화학물질을 합성하기 위한 공급원료로 사용할 수도 있습니다22.