Интерактивные сети для улавливания газа с высокой селективностью

Исследователи разработали новый гибкий пористый материал, который открывает ворота и адсорбирует только углекислый газ среди различных похожих молекул газа. КРЕДИТ: Минди Такамия/Киотский университет iCeMS.

Автор: Евразия Обзор

«Наша работа демонстрирует исключительные характеристики распознавания и разделения молекул за счет преднамеренной организации геометрии пор, структурной гибкости и мест связывания на молекулярном уровне внутри пористого координационного полимера (PCP)», — говорит химик Сусуму Китагава, руководитель исследовательской группы в Институте Киотского университета. для интегрированных наук о клеточном материале.

ПХФ, также известные как металлоорганические каркасы (МОФ), содержат ионы или кластеры металлов, удерживаемые вместе органическими (на основе углерода) линкерными группами. Выбор различных металлических компонентов и регулирование размера и структуры органических групп может создать огромное разнообразие кристаллических материалов, содержащих поры с точно контролируемыми размерами, структурой и способностью к химическому связыванию. Однако новая работа выходит за рамки этого: поры адаптируются, когда с ними связываются нужные молекулы.

«Мы разработали гибкий PCP с системой гофрированных каналов, который может взаимодействовать с молекулами CO2 и адсорбировать их, выборочно открывая поры, которые действуют как ворота, позволяя проходить только CO2», — говорит Кен-ичи Отаке, также из команды Киото. Он объясняет, что улавливание CO2 является особенно сложной задачей из-за относительно небольшого размера молекулы и низкого сродства ко многим адсорбирующим материалам.

Технический термин, обозначающий то, чего достигает взаимодействие между CO2 и PCP, — это исключение дискриминации. Это означает, что связывание молекул, выбранных в качестве мишени для экстракции, в данном случае CO2, инициирует синергетическое структурное изменение, которое усиливает связывание и открывает структуру твердой фазы, позволяя проникнуть связанной молекуле.

Команда продемонстрировала мощь своей системы, используя ее для сбора CO2 из смесей, содержащих множество промышленно значимых молекул, включая азот, метан, окись углерода, кислород, водород, аргон, этан, этен и этин.

Этот процесс значительно более энергоэффективен, чем существующие варианты, за счет полного цикла селективного улавливания и регенерации газа. Это может иметь важное значение для разработки более устойчивых технологий разделения газов, которые могут поддерживать низкоуглеродные промышленные процессы. Энергоэффективность также будет иметь жизненно важное значение для любых крупномасштабных усилий в области климатической инженерии по извлечению углекислого газа из атмосферы. Это непрактичные варианты, если они требуют выработки большого количества энергии для обеспечения цикла добычи, высвобождения и хранения.

«Опираясь на этот первоначальный успех, мы надеемся, что будущие исследования позволят добиться более разносторонних прорывов в широком спектре процессов селективной добычи газа», — говорит научный сотрудник Ифань Гу, первый автор исследовательского отчета.