ブログ

Aug 15, 2023

「分子用コーヒーフィルター」で気候変動に取り組む

ルイス・フランシスコ・ビラロボス氏がUSCビタビに加わり、エネルギー転換と水ろ過のための分離技術の専門知識をもたらします。 ルイス・フランシスコ・ビラロボスは原子の厚さのナノ多孔質を作成しています

ルイス・フランシスコ・ビラロボス氏がUSCビタビに加わり、エネルギー転換と水ろ過のための分離技術の専門知識をもたらします。

ルイス・フランシスコ・ヴィラロボスは、正確な六角形構造を持つ炭素の超薄層であるグラフェン格子の層に細孔をエッチングすることにより、原子の厚さのナノ多孔質分子フィルターを作成しています。 画像/ジョセフ・G・マニオンとルイス・フランシスコ・ビラロボス。

分離テクノロジーは、私たちの多くがその日を迎えるために必要なものです。 毎朝、私たちの信頼できるコーヒーフィルターが魔法のような働きをして、コーヒーの粉を分離し、水を私たちが機能するために必要な強力な液体エネルギーに変換します。

ルイス・フランシスコ・ヴィラロボスは、エネルギー効率の高い材料で作られた高度な膜を使用して、このプロセスを原子スケールでどのように利用できるかに興味を持っています。 これらの最先端の膜は、飲料水の供給を確保し、廃棄物から貴重な元素を捕捉し、クリーン エネルギーへの移行を支援します。

1 月に、彼は助教授としてモークファミリーの化学工学および材料科学学部に加わり、水の濾過や炭素回収などの汚染軽減技術を支援する分離技術における同学部の能力を高めています。

ビラロボス氏は、化学産業が消費するエネルギーの半分は分離という工業プロセスに費やされると述べた。

「私の個人的な見解は、水、リチウム、ニッケル、その他の金属などの重要な物質には、より優れた分離技術が必要なレベルまでストレスがかかっており、その回収を最大限に高めることができるため、この数字はさらに増加するだけだということです」と同氏は述べた。

Villalobos は、高度に制御された材料特性を備えた超薄膜を開発し、エネルギー効率の高いモジュール式分離プロセスを作成することで、この炭素集約的な傾向を逆転させたいと考えています。

「これはコーヒーフィルターのようなものです。フィルターは水を通過させますが、コーヒーの粒は保持します。 これは目に見える分離です。 しかし、私が目指している分離は分子レベルであり、流れの中の分子を別の分子から分離することです」とヴィラロボス氏は語った。

分子スケールの分離の最も一般的な産業用途の 1 つは、水の脱塩と濾過に使用される逆浸透膜です。 Villalobos は、この用途に加え、炭素の回収と貯蔵、塩水、鉱山の尾鉱、生成水 (廃棄物として地球から出てくる天然の塩水など) などの廃液からの貴重な物質の回収技術を開発しています。石油とガスの生産からの製品。

「私たちは廃棄物の流れを汲み取って、そこから価値あるものを抽出しているので、時間の経過とともにますます不足しているこれらの資源の利用可能性を高めることができます」とビラロボス氏は述べた。

廃棄物の流れで入手可能な製品の主な例の 1 つはリチウムです。リチウムは、エレクトロニクスや電池の貯蔵にとってますます重要な材料となっています。 リチウムは海洋に豊富に存在しますが、エネルギー効率の高い方法で抽出するのは非常に困難です。

「既知の供給源からリチウムを抽出するより良い方法を見つける必要があるが、従来はリチウムを抽出していない他の供給源も見つける必要がある」とビラロボス氏は述べた。 「生産された水は石油貯留層から出てくるので、彼らはそれを何かする必要があります。 地球中の岩石を通過する際に、リチウムを含む多くの金属が含まれます。 つまり、それが潜在的な情報源の 1 つです。」

モーク家の化学工学および材料科学部門の助教授、ルイス・フランシスコ・ヴィラロボス。

Villalobos が開発している最先端の膜技術は、原子厚さのナノ多孔質分子フィルターとして知られています。 彼は、六角形のパターンに完全に配置された単一原子の厚さの炭素の層であるグラフェンを使用しています。 純粋なグラフェン層は、分子の通過を許さない非常に緻密な原子構造を持っています。

「しかし、これらの原子の厚さの材料に正確な穴をたくさん開けることができれば、非常にエネルギー効率の高い膜を作ることができるでしょう」とヴィラロボス氏は語った。 「通常、分子を膜の一方の側からもう一方の側に移動させるのに必要なエネルギーは、膜の厚さに比例します。 これらの素材は極限まで薄いのです。」