Лаборатория Райса химика Эндрю Бэррона показала в исследовании, подтверждающем концепцию, что соединения, богатые амином, очень эффективны в улавливании парниковых газов в сочетании с молекулами углерода-60.Это исследование является предметом статьи в открытом доступе в онлайн-журнале Nature Scientific Reports.
«У нас было две цели, — сказал Бэррон. «Первый заключался в том, чтобы сделать соединение на 100 процентов селективным между диоксидом углерода и метаном при любом давлении и температуре. Второй заключался в том, чтобы снизить высокую температуру, необходимую для других растворов амина, чтобы снова вернуть диоксид углерода обратно.
Мы добились успеха в обоих случаях. рассчитывает ".По словам Баррона, испытания при давлении от 1 до 50 атмосфер показали, что соединение риса захватывает пятую часть своего веса в виде двуокиси углерода, но не имеет измеримого количества метана, и материал не разлагается в течение многих циклов абсорбции / десорбции.Углерод-60, молекула в форме футбольного мяча, также известная как бакминстерфуллерен (или «бакибол»), была обнаружена в Райсе лауреатами Нобелевской премии Ричардом Смолли, Робертом Керлом и Гарольдом Крото в 1985 году. Максимальная кривизна бакиболов может сделать их лучшими. возможный способ связать молекулы амина, которые захватывают диоксид углерода, но позволяют желаемому метану проходить через него.
Лаборатория Райса использовала бакиболлы в качестве сшивающих агентов между аминами, молекулами на основе азота, полученными из полиэтиленимина. В лаборатории был получен коричневый губчатый материал, в котором гидрофобные (избегающие воды) бакиболы вытесняли гидрофильные (водоотталкивающие) амины наружу, где проходящий углекислый газ мог связываться с открытым азотом.Когда несколько лет назад Баррон и его команда начали комбинировать углерод и амины, они заметили интересный прогресс: плоский графен хорошо поглощал углекислый газ, многослойные нанотрубки поглощали его лучше, а более тонкие однослойные нанотрубки еще лучше. «Это говорит о важности кривизны», — сказал Бэррон. «С-60, будучи сферой, имеет самую высокую кривизну среди углеродных материалов».Он сказал, что соединение риса выгодно отличается от других кандидатов на улавливание углерода на основе металлоорганических каркасов (MOF). «Это примерно эквивалентно лучшим MOF для улавливания углерода, но наш материал гораздо более избирательный.
Метан просто не поглощает», — сказал Баррон. В отличие от MOF, он отметил, что соединение риса поглощает влажный углекислый газ, а также сухой.Бэррон сказал, что не менее важно, чтобы соединение эффективно выделяло углекислый газ для повторного использования. «Мы давно заметили, что если мы присоединяем амины к углеродным нанотрубкам или графену, они снижают температуру растворения углекислого газа», — сказал Баррон.
Промышленные скрубберы на основе аминов необходимо нагреть до 140 градусов по Цельсию, чтобы высвободить захваченный диоксид углерода; понижение температуры позволит сэкономить энергию.«По сравнению со стоимостью используемого в настоящее время амина, C-60 дорогой», — признал Бэррон. «Но затраты на энергию будут ниже, потому что для удаления углекислого газа потребуется меньше».
Он отметил, что промышленные скрубберы теряют амины при нагревании, поэтому их необходимо постоянно пополнять. «Они постоянно добавляют реагенты, что хорошо для компаний, продающих амины, но не очень хорошо для тех, кто пытается отделить углекислый газ».Исследователи ищут способы улучшить способность соединения и скорость абсорбции. «Мы действительно понимаем механизм, что очень важно», — сказал Бэррон. «Это позволяет нам продвигаться дальше».Ведущий автор Энрико Андреоли — бывший научный сотрудник Райс, а теперь старший преподаватель Университета Суонси, Уэльс.
Соавторы — бывший аспирант Эоган Диллон, выпускница бакалавриата Лори Каллум и старший научный сотрудник Лоуренс Алемани, все Райс. Бэррон — профессор химии Чарльза У. Дункана младшего-Уэлча и профессор материаловедения и наноинженерии.
Корпорация Apache Corp., Фонд Роберта А. Уэлча и Программа Ser Cymru правительства Уэльса поддержали исследование.