Новости химической науки > Металлоорганические баки для природного газа

Двигатели внутреннего сгорания, работающие на природном газе, чище в экологическом отношении двигателей, работающих на нефтяном топливе, и привлекают особый интерес обитателей тех стран, которые вынуждены импортировать нефть и нефтепродукты, обладая запасами природного газа.

Вместе с тем, для сооружений, в которых такой газ должен храниться требуются, как и для систем его дистрибуции требуются материалы, способные выдерживать высокое давление, да и для транспортных средств, работающих на природном газе, необходим другой подход к их конструкции.

Решить проблему создания систем для хранения газов могу металлоорганические каркасные структуры [metal organic frameworks (MOF)]. Эти материалы, представляющие собой трехмерные сетки, в которых ионы металлов связаны между собой органическими линкерами, могут хранить большое количество газа при значении давления, меньшем, чем необходимо создавать в баллонах для сжатого газа. Однако, невысокая емкость металлорганических каркасных структур и невозможность их синтеза в значительных количествах до настоящего времени стоят на пути у практического применения этих материалов.

Рисунок из Energy Environ. Sci., 2013, DOI: 10.1039/C3EE24506C

Сложившуюся ситуацию могут исправить результаты новой исследовтельской работы. Исследователи из групп Джозефа Хаппа (Joseph Hupp, Северо-западный университет в Эванстоне, Иллинойс) и Танера Илдирима (Taner Yildirim, Национальный Институт Стандартов и Технологий) синтезировали граммовые количества металлоорганической каркасной структуры, относительная емкость которой по природному газу составляет 67% от относительной емкости стандартного газового баллона, при этом для хранения газа в этом материале требуется давление, составляющее одну четверть от давления, обычно применяющегося для заполнения баллонов.

Исследователи отмечают, что понижение давления может понизить стоимость сжатия газа, уменьшив таким образом затраты на создание всей инфраструктуры хранения и распределения газа – для заполнения резервуаров уже не будут требоваться мощные и дорогие компрессоры, способные сжимать газ до 250 и более бар.

Новый материал, получивший обозначение NU-125, содержит ионы меди, связанный линкерами из шестиосновных карбоновых кислот, строение металлоорганической каркасной структуры таково, что она отличается большей площадью внутренней поверхности, чем ее обычные аналоги. Получив небольшой образец материала, исследователи провели компьютерное моделирование его свойств, чтобы убедиться в его эффективности, и только затем провели масштабированный синтез.

Устойчивость и работоспособность NU-125 проверяли с помощью повторяющегося в течение месяца циклов адсорбции/десорбции, по окончанию испытаний производительность нового материала не понижалась. Результаты этих испытаний говорят о том, что новая система может легко активироваться и дезактивироваться и применяться на практике.

Рассел Моррис (Russell Morris) из Университета Святого Андрея высоко оценивает результаты работы американских коллег, говоря о том, что емкость созданной металлоорганической каркасной структуры уже приближается к значению, достаточному для практического применения, однако подчеркивает, что пока еще необходимо изучить влияние примесей, содержащихся в природном газе на материал, а также его долгосрочную устойчивость.

Источник: Energy Environ. Sci., 2013, DOI: 10.1039/C3EE24506C

метки статьи: #вопросы экологии, #химическая технология, #химия поверхности, #химия полимеров, #элементоорганическая химия