Tin tức Vũ trụ TV

Sử dụng dữ liệu lớn để thiết kế màng tách khí, giảm CO2

Ngày:
Th5 17, 2020
Tóm lược:

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp kết hợp dữ liệu lớn và học máy để thiết kế có chọn lọc màng polymer lọc khí để giảm khí thải nhà kính. Nghiên cứu của họ là nghiên cứu đầu tiên áp dụng phương pháp học máy được kiểm chứng thực nghiệm để nhanh chóng thiết kế và phát triển màng tách khí tiên tiến.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Sơ đồ biểu diễn quy trình thiết kế vật liệu được đề xuất: bắt đầu với kiến ​​thức về cấu trúc của các khối xây dựng polymer, sử dụng điều đó để phát triển thuật toán học máy tìm ra vật liệu tốt nhất cho một ứng dụng nhất định.
Sơ đồ biểu diễn quy trình thiết kế vật liệu được đề xuất: bắt đầu với kiến ​​thức về cấu trúc của các khối xây dựng polymer, sử dụng điều đó để phát triển thuật toán học máy tìm ra vật liệu tốt nhất cho một ứng dụng nhất định.

Các nhà nghiên cứu tại Columbia Engineering và Đại học South Carolina đã phát triển một phương pháp kết hợp dữ liệu lớn và máy học để thiết kế có chọn lọc màng polymer lọc khí để giảm phát thải khí nhà kính.

Nghiên cứu của họ được công bố trên tạp chí Science Advances , là người đầu tiên áp dụng phương pháp học máy được kiểm chứng thực nghiệm để nhanh chóng thiết kế và phát triển màng tách khí tiên tiến.

PI Sanat Kumar, Giáo sư Kỹ thuật Hóa học Bykhovsky và là người tiên phong trong việc phát triển vật liệu nano polymer có tính chất cải tiến cho biết: “Công trình của chúng tôi chỉ ra một cách mới trong thiết kế vật liệu và chúng tôi hy vọng nó sẽ cách mạng hóa lĩnh vực này.

Màng hoặc màng nhựa thường được sử dụng để tách hỗn hợp các loại khí đơn giản, như carbon dioxide (CO 2 ), nitơ (N 2 ) và metan (CH 4 ). Các nhà khoa học đã đề xuất sử dụng công nghệ màng để tách CO 2 khỏi các loại khí khác để lọc khí tự nhiên và thu giữ carbon, nhưng có khả năng hàng trăm ngàn nhựa có thể được sản xuất bằng hộp công cụ tổng hợp hiện tại của nhóm nghiên cứu, tất cả đều có cấu trúc hóa học khác nhau. Sản xuất và thử nghiệm tất cả các vật liệu này là một quá trình tốn kém và tốn thời gian, và cho đến nay, chỉ có khoảng 1.000 được đánh giá là màng tách khí.

Kumar và các cộng tác viên của ông tại Columbia Engineering, Đại học South Carolina và Hiệp hội Max Planck ở Mainz (Đức) đã tạo ra một thuật toán học máy tương quan cấu trúc hóa học của 1.000 polyme được thử nghiệm với các đặc tính vận chuyển khí của chúng, để điều tra cấu trúc tạo ra màng tốt nhất. Sau đó, họ đã áp dụng thuật toán cho hơn 10.000 polyme đã biết để dự đoán loại nào sẽ tạo ra vật liệu tốt nhất trong bối cảnh này.

Quy trình này đã xác định khoảng 100 polyme chưa từng được thử nghiệm để vận chuyển khí nhưng được dự đoán sẽ vượt qua giới hạn hiệu suất màng hiện tại để phân tách CO 2 / CH 4 .

Được thiết kế bởi dữ liệu lớn và được làm bằng hóa học tổng hợp, màng mỏng này và các loại khác giống như nó có thể giúp giảm ô nhiễm và loại bỏ khí nhà kính khỏi không khí.
Được thiết kế bởi dữ liệu lớn và được làm bằng hóa học tổng hợp, màng mỏng này và các loại khác giống như nó có thể giúp giảm ô nhiễm và loại bỏ khí nhà kính khỏi không khí.

Đồng tác giả của nghiên cứu Connor Bilchak, trước đây là nghiên cứu sinh tiến sĩ với Kumar và hiện đang là nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học Pennsylvania chia sẻ: “Thay vì thử nghiệm tất cả các vật liệu tồn tại cho một ứng dụng cụ thể, thay vào đó, bạn thử nghiệm một tập hợp nhỏ hơn các vật liệu có nhiều hứa hẹn nhất. Sau đó, bạn tìm thấy các vật liệu kết hợp các thành phần tốt nhất và giúp bạn thiết kế tốt hơn tài liệu, giống như Netflix tìm cho bạn bộ phim tiếp theo để xem”.

Để kiểm tra độ chính xác của thuật toán, một nhóm do Brian Benicewicz, Giáo sư Hóa học và Hóa sinh SmartState tại Đại học South Carolina, đã tổng hợp hai trong số các màng polymer hứa hẹn nhất theo phương pháp này và thấy rằng các màng vượt quá giới hạn trên của CO 2 / Hiệu suất tách CH 4 .

“Hiệu suất của họ rất tốt – tốt hơn nhiều so với những gì đã được thực hiện trước đây”, đồng tác giả của nghiên cứu Laura Murdock, một sinh viên tốt nghiệp của Benicewicz nói. “Và nó khá dễ dàng. Phương pháp này có tiềm năng đáng kể để sử dụng thương mại.”

Benicewicz nói thêm, “Nhìn xa hơn bối cảnh này, phương pháp này có thể dễ dàng mở rộng sang các vật liệu màng khác có thể ảnh hưởng sâu sắc đến sự phát triển của pin và công nghệ thế hệ tiếp theo để lọc nước.”


Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Trường Đại học Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Columbia . Bản gốc được viết bởi Holly Evarts. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.


Tạp chí tham khảo :

  1. J. Wesley Barnett, Connor R. Bilchak, Yiwen Wang, Brian C. Benicewicz, Laura A. Murdock, Tristan Bereau, Sanat K. Kumar. Thiết kế màng polymer tách khí đặc biệt sử dụng máy học . Tiến bộ khoa học , 2020; 6 (20): eaaz4301 DOI: 10.1126 / sciav.aaz4301

Bài viết liên quan

Bài viết mới