Исследователи из Университета штата Орегон (OSU) в США продемонстрировали потенциал разработанного ими недорогого наноматериала для очистки углекислого газа от промышленных выбросов. Об этом сообщает официальный сайт OSU. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Установки, фильтрующие углерод из воздуха, начинают появляться по всему миру, но они пока еще не готовы внести большой вклад в решение мировой проблемы сокращения углеродных выбросов. Однако технологии снижения выбросов углекислого газа в месте его поступления в атмосферу (например, на заводе или ином производстве), разработаны сравнительно хорошо. Одна из подобных технологий включает наноматериалы, известные как металлоорганические каркасы (MOF), которые могут перехватывать молекулы углекислого газа посредством адсорбции, когда промышленные газы проходят через дымовые трубы.
MOF представляют собой кристаллические пористые материалы, состоящие из положительно заряженных ионов металлов, окруженных органическими молекулами, известными как лиганды. Ионы металла создают узлы, образуя повторяющуюся структуру, которая выглядит как клетка; структура имеет наноразмерные поры, которые адсорбируют газы, подобно губке.
«MOF продемонстрировали многообещающие свойства улавливания углерода из-за своей пористости и структурной универсальности, но их синтез часто требует использования дорогостоящих как с экономической, так и с экологической точки зрения реагентов, таких как соли тяжелых металлов и токсичные растворители», – указал доцент кафедры химии OSU Кириакос Стилиану, который руководил новым исследованием.
Кроме того, по его словам, работа с водной частью дымовых газов значительно усложняет удаление углекислого газа. Многие MOF, показавшие хороший потенциал улавливания углерода, теряют свою эффективность во влажных условиях. По словам Стилиану, промышленные дымовые газы можно осушать, но это настолько значительно увеличивает затраты на процесс удаления двуокиси углерода, что делает его нерентабельным.
«Поэтому мы стремились придумать MOF для комплексного устранения недостатков различных материалов, которые в настоящее время используются для улавливания углерода: высокой стоимости, плохой селективности по отношению к углекислому газу, низкой стабильности во влажных условиях и низкой способности поглощать CO2», отметил Стилиану.
По мнению исследователей, требуемые новые MOF могли быть разработаны с использованием различных компонентов, в которых существуют миллионы возможных вариаций. Исследователи-химики OSU синтезировали почти 100 000 из них, а свойства еще около полумиллиона были предсказаны.
«В нашем исследовании были представлен главным образом MOF, состоящий из алюминия и легкодоступного лиганда, бензол-1,2,4,5-тетракарбоновой кислоты. Синтез данного MOF происходит в воде и занимает всего пару часов. Полученный в итоге наноматериал имеет поры размером, сравнимым с величиной молекул CO2, а это означает, что создано нужное пространство для удержания углекислого газа», – пояснил руководитель исследования OSU.
Новый MOF, по оценкам разработчиков, хорошо работает во влажных условиях, а также предпочитает углекислый газ азоту – что важно, поскольку оксиды азота нередко также входят в состав промышленных дымовых газов. Без этой избирательности MOF потенциально расходовался бы на «ненужные» молекулы.
По словам Стилиану, новый MOF «экономически эффективен, обладает исключительной производительностью разделения выбросов, а также может быть регенерирован и повторно использован как минимум три раза с сопоставимой емкостью поглощения».