Usando grandes datos para diseñar membranas de separación de gases, reduzca el CO2

Investigadores de Columbia Engineering y la Universidad de Carolina del Sur han desarrollado un método que combina big data y aprendizaje automático para diseñar selectivamente membranas de polímeros con filtro de gas para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.

Su estudio, publicado hoy en Avances científicos, es el primero en aplicar un método de aprendizaje automático validado experimentalmente para diseñar y desarrollar rápidamente membranas avanzadas de separación de gases.

“Nuestro trabajo apunta a una nueva forma de diseño de materiales y esperamos que revolucione el campo”, dice el PI Sanat Kumar del estudio, profesor de ingeniería química de Bykhovsky y pionero en el desarrollo de nanocompuestos de polímeros con propiedades mejoradas.

Las películas o membranas de plástico a menudo se usan para separar mezclas de gases simples, como el dióxido de carbono (CO2), nitrógeno (N2) y metano (CH4 4) Los científicos han propuesto usar tecnología de membrana para separar el CO2 de otros gases para la purificación de gas natural y la captura de carbono, pero hay potencialmente cientos de miles de plásticos que se pueden producir con nuestra caja de herramientas sintética actual, todos los cuales varían en su estructura química. La fabricación y prueba de todos estos materiales es un proceso costoso y lento, y hasta la fecha, solo se han evaluado aproximadamente 1,000 como membranas de separación de gases.

Kumar y sus colaboradores en Columbia Engineering, la Universidad de Carolina del Sur y la Sociedad Max Planck en Mainz (Alemania) crearon un algoritmo de aprendizaje automático que correlaciona la estructura química de los 1,000 polímeros probados con sus propiedades de transporte de gas, para investigar qué estructura hace La mejor membrana. Luego aplicaron el algoritmo a más de 10,000 polímeros conocidos para predecir cuál produciría el mejor material en este contexto.

Este procedimiento identificó unos 100 polímeros que nunca habían sido probados para el transporte de gas, pero que se prevé que superen los límites actuales de rendimiento de membrana para CO2/ CH4 4 separaciones

“En lugar de probar experimentalmente todos los materiales que existen para una aplicación en particular, prueba un subconjunto más pequeño de materiales que son los más prometedores. Luego, encuentra los materiales que combinan los mejores ingredientes y eso le da una oportunidad para diseñar un mejor material, al igual que Netflix te encuentra la próxima película para ver “, dice el coautor del estudio, Connor Bilchak, ex estudiante de doctorado en Kumar y actualmente becario postdoctoral en la Universidad de Pensilvania.

Para probar la precisión del algoritmo, un grupo dirigido por Brian Benicewicz, profesor de química y bioquímica de SmartState en la Universidad de Carolina del Sur, sintetizó dos de las membranas de polímeros más prometedoras predichas por este enfoque y descubrió que las membranas excedían el límite superior de CO2/ CH4 4 rendimiento de separación

“Su desempeño fue muy bueno, mucho mejor de lo que se había hecho anteriormente”, dice la coautora del estudio, Laura Murdock, estudiante graduada de Benicewicz. “Y fue bastante fácil. Esta metodología tiene un potencial significativo para uso comercial”.

Benicewicz agregó: “Mirando más allá de este contexto, este método es fácilmente extensible a otros materiales de membrana que podrían afectar profundamente el desarrollo de baterías y tecnologías de próxima generación para la purificación del agua”.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionado por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Columbia. Original escrito por Holly Evarts. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.

Recent Articles

Las bolsas biodegradables para caca de perro pueden ser demasiado buenas para ser verdad

Recoger las heces puede ser una de las peores partes de pasear al perro. ¿Lo único un poco más molesto? Usar una bolsa de...

Las agencias policiales tienen poderosas herramientas forenses para recopilar información de su teléfono

Opinión del editor: Le he predicado durante años a cualquiera que quiera...

AOC lo juega. Esto es lo que debe saber sobre los videojuegos populares

CERCAUna captura de pantalla del juego Among Us. (Foto: Innersloth)El videojuego "Among Us" capturó la atención el martes por la noche después de que...

Related Stories

DEJA UNA RESPUESTA

Por favor ingrese su comentario!
Por favor ingrese su nombre aquí