Publication detail

Gas separation performance of ultra-permeable graphene oxide membranes supported by single-wall carbon nanotubes: Unveiling the effect of fabrication method, gas flow transport type, and material aging

Year: 2025

Type of publication: článek v odborném periodiku

Name of source: Journal of Membrane Science

Publisher name: Elsevier B.V.

Place: Amsterdam

Page from-to: 1-12

Titles:

Language	Name	Abstract	Keywords
cze	Výkonnost separace plynů u ultrapropustných membrán z oxidu grafenu podporovaných jednovrstvými uhlíkovými nanotrubicemi: Odhalení vlivu způsobu výroby, typu transportu proudu plynu a stárnutí materiálu	Tato studie komplexně zkoumala vliv způsobu přípravy na výsledné vlastnosti materiálu samonosných membrán z oxidu grafenu (GO) a membrán GO nanesených na nosnou vrstvu z jednovrstvých uhlíkových nanotrubic (SWCNT), a to pomocí SEM, XRD, XPS, Ramanovy a FTIR spektroskopie, 3D profilometrie, termické analýzy a charakterizace fyzikální adsorpce. Analýza propustnosti plynů a separačních vlastností membrán (včetně vlivu stárnutí) provedená opakovanými měřeními časového zpoždění jednotlivých plynů odhalila postupně se zvyšující propustnost a ideální selektivitu, pravděpodobně v důsledku uvolňování zbytkové vody z matečného louhu. Vzorky připravené metodou odpařování nebo vakuové filtrace vykazovaly relativně krátkou životnost (až 100 hodin), vysokou propustnost H2 (až 12 000 Barrů) a ideální selektivitu H2/CO2 od 2 do 3. Naproti tomu membrány připravené metodou tlakové filtrace vykazovaly trvanlivost po dobu téměř 800 dnů a zároveň vykazovaly obrovskou a rostoucí propustnost přesahující 100 000 Barrerů a zároveň pozoruhodnou selektivitu pro plynové páry H2/CO2 (více než 4) a H2/CH4 (kolem 2), přes horní mezní limit Robesona z roku 2008. Analýza transportu provedená pomocí binárního třecího modelu odhalila, že převládajícím typem transportu plynu je spíše Darcyho proudění než Knudsenův typ. Naše práce demonstruje potenciál membránových materiálů GO-SWCNT pro vývoj nových pokročilých separačních membrán.	Membrána z oxidu grafenu; Stárnutí materiálu; Transport plynu; Knudsen; Darcy; Binární model tření; Propustnost plynu; Překonání horní hranice Robesona
eng	Gas separation performance of ultra-permeable graphene oxide membranes supported by single-wall carbon nanotubes: Unveiling the effect of fabrication method, gas flow transport type, and material aging	This study comprehensively investigated the impact of the preparation method on the resulting material properties of self-standing graphene oxide (GO) membranes and GO membranes deposited on a single-walled carbon nanotube (SWCNT) support layer, which was carried out using SEM, XRD, XPS, Raman and FTIR spectroscopy, 3D profilometry, thermal analysis and physisorption characterisation. The analysis of the gas permeability and separation properties of the membranes (including the effect of ageing) performed by repeated time-lag measurements of individual gases revealed a gradually increasing permeability and ideal selectivity, probably due to the release of residual water from the mother liquor. Samples prepared by the evaporation or vacuum filtration method exhibited a relatively short lifetime (up to 100 h), high H2 permeability (up to 12,000 Barrers), and ideal H2/CO2 selectivity from 2 to 3. In contrast, membranes prepared by the pressure filtration method showed durable character for almost 800 days while showing huge and increasing permeability exceeding 100,000 Barrers and, at the same time, remarkable selectivity for H2/CO2 (more than 4) and H2/CH4 (around 2) gas vapors, over the 2008 Robeson upper bound limit. The transport analysis performed via the Binary Friction Model revealed the predominant type of gas transport as Darcy flow rather than Knudsen type. Our work demonstrates the potential of GO-SWCNT membrane materials for developing new advanced separation membranes for future efficient gas, vapor, or liquid separation technologies.	Graphene oxide membrane; Material aging; Gas transport; Knudsen; Darcy; Binary friction model; Gas permeability; Robeson upper bound overcoming

Search

Login for students

Login for employees

Publication detail

Department

Map

Services

Popular Links