Capacidade de captura de carbono da estrutura química duplicada por novas pesquisas

Cientistas da Oregon State College descobriram uma maneira de mais que dobrar a capacidade de absorção de uma estrutura química que pode ser usada para eliminar o dióxido de carbono das chaminés das fábricas.

O estudo envolvendo estruturas metal-orgânicas (MOFs) é importante porque as atividades industriais, entre elas a queima de combustíveis fósseis para obter energia, são responsáveis ​​por uma percentagem significativa dos gases com efeito de estufa na atmosfera da Terra. Nos Estados Unidos, 16% do whole das emissões de dióxido de carbono provêm da indústria, de acordo com a Agência de Proteção Ambiental.

Pesquisadores da OSU liderados por Kyriakos Stylianou, da Faculdade de Ciências, trabalharam com um MOF à base de cobre e descobriram que sua eficácia na adsorção de dióxido de carbono mais que dobrou quando exposto pela primeira vez ao gás amônia.

A pesquisa é publicado no diário JACS Au.

“A captura de CO₂ é basic para cumprir as metas de emissão líquida zero”, disse Stylianou, professor associado de química. “Os MOFs têm se mostrado muito promissores devido à sua porosidade e versatilidade estrutural.”

MOFs são materiais cristalinos composto de íons metálicos carregados positivamente rodeados por moléculas orgânicas “ligantes” conhecidas como ligantes. O íons metálicos faça nós que unem os braços dos ligadores para formar uma estrutura repetitiva que se parece com uma gaiola; a estrutura possui poros nanométricos que adsorvem gases, semelhantes a uma esponja.

Os MOFs podem ser projetados com uma variedade de componentes, que determinam as propriedades do MOF, e existem milhões de MOFs possíveis, disse Stylianou. Mais de 100 mil deles foram sintetizados por pesquisadores químicos, e as propriedades de centenas de milhares de outros foram previstas.

Além da captura de dióxido de carbono e outros tipos de gases, os MOFs podem ser usados ​​como catalisadores e para armazenamento de energiaentrega de medicamentos e purificação de água.

Quando exposto ao gás amônia, o MOF deste estudo, mCBMOF-1, mostrou uma capacidade de absorção de carbono comparável ou superior à dos sorventes tradicionais à base de amina que são amplamente utilizados para captura de dióxido de carbono em aplicações industriais. Em comparação com os sorventes à base de amina, os MOFs são mais estáveis ​​e podem ser regenerados utilizando menos energia – neste caso, por imersão em água.

“O MOF é ativado pela remoção de moléculas de água para expor quatro locais abertos de cobre bem posicionados”, disse Stylianou. “Então apresentamos o gás amôniao que faz com que um dos sítios seja ocupado por uma molécula de amônia. Os restantes locais atraem CO₂promovendo a interação com a amônia para formar espécies de carbamato.”

Os carbamatos – compostos com diversas utilizações na indústria, agricultura e medicina – são libertados durante a imersão em água que regenera a estrutura authentic do MOF, tornando-o reutilizável para a captura contínua de carbono.

As conclusões enfatizam que as estruturas do MF podem ser adaptadas para grupos funcionais para melhorar suas interações com moléculas-alvo específicas, como o dióxido de carbono, disse Stylianou; estratégias semelhantes poderiam ser aplicadas a outros MOFs e gases.

“O uso do nosso estudo da funcionalização sequencial dos poros para melhorar o CO₂ a absorção sem aumentar significativamente a energia de regeneração é um desenvolvimento fantástico”, disse ele. “A formação de um complexo cobre-ácido carbâmico dentro dos poros sugere interações fortes e seletivas com CO₂o que é essential para garantir que o CO₂ é preferencialmente adsorvido em relação a outros gases nas emissões de combustão.”

Os colaboradores incluíram o estudante de graduação da Oregon State College, Ankit Yadav, e o pós-doutorado Andrzej Gladysiak, bem como cientistas da Universidade da Califórnia, Berkeley, da Universidade Regular de Nanjing e do Instituto de Ciência de Materiais de Barcelona.