Новости химической науки > губка для углекислого газа

Представьте супергубку, которая способна впитывать CO₂, выделяемый промышленными объектами и машинами в огромных количествах. Такая вещь могла бы быть намного более полезной для борьбы с парниковым эффектом, чем современные методы устранения проблемы, в том числе распыление водных растворов.

Исследователи Мичиганского Университета создали целую семью газопоглощающих губок на основе металл-органических структур (MOF). Данные материалы – устойчивые прозрачные пористые вещества, содержащие металлические кластеры, присоединяемые к органическим группам. В своих ранних исследованиях ученые проверяли лишь структуру самих веществ и изучали поверхностные свойства. Теперь же выясняется, что металл-огранические формы подходят для поглощения CO₂. Одно из таких веществ, MOF-177, при комнатной температуре и умеренном давлении (примерно 30 бар) вмещает до 140% CO₂ относительно своего веса (33,5 ммоль/г) и это показатель значительно превосходит все имеющиеся на сегодня аналоги.

Чтобы измерить количество поглощаемого газа, исследователи подготовили образцы материалов в отдельных контейнерах и постепенно увеличивали закачку CO₂. При каждом шаге газ и адсорбент на некоторое время оставляли для создания равновесия, а затем измеряли изменение веса для каждого из образцов.

Из большого количества веществ было отобрано и подробно изучено девять образцов. Это список содержит вещества с кристаллами цинка и меди, составы с квадратными или цилиндрическими каналами, а также другие образцы с порами различного размера, состоящими из алкильных и амино-групп.

Выбранная в итоге супергубка MOF-177 содержит октаэдрические карбоксилатные кластеры Zn₄, связанные с органическими группами. Этот материал имеет высокую удельную сорбционную емкость – 4500 м2/г , что соответствует примерно четырем футбольным полям и, по словам исследователей, «губка» может поглощать в два раза больше углекислого газа, чем стандартные углеродные материалы при аналогичных условиях.

Структура MOF-177: поры, состоящие из 1,3,5-бензентрибензоата и цинковых кластеров (синие кристаллы)

Профессор Омар М. Яджи, ведущий исследование, сравнивает размещение газа в кристалле с пчелами, размещающимися в сотах. В отсутствии улья пчелы роятся свободно, заполняя достаточно большой объем. Однако же, попадая в улей, они тщательно «упаковываются». Точно так же, емкость, заполненная MOF-177 вмещает в девять раз больше CO₂, чем аналогичная емкость без адсорбента при тех же самых условиях.

После того, как CO₂ разместился в адсорбенте, его можно удалить посредством нагревания и использовать в качестве реактива в нужных реакциях. Так, одним из вариантов использования может стать процесс полимеризации для изготовления различных строительных материалов или, к примеру, производство безалкогольных газированных напитков.

© Maria Baronova

Источник: C&EN News