Новости химической науки > Азо-полимеры поглотят диоксид углерода, но не азот

Исследователи разработали новый класс пористых полимеров, который может селективно улавливать углекислый газ в присутствии азота, не давая молекулам N₂ попадать в пористую структуру.

Новый материал, свойства которого определяются присутствием большого количества азо-групп (–N=N–) в структуре полимера, отличается высокой устойчивостью при высоких температурах, и, по словам создателей, может применяться для очистки выбросов предприятий и электростанций от CO₂.

В настоящее время прилагаются значительные усилия, направленные на разработку эффективных методов удаления диоксида углерода из топочных газов. Системы, которые основаны на химической адсорбции, как правило требуют значительных затрат энергии для последующей переработки продуктов адсорбции. С точки зрения затрат энергии более перспективным процессом кажется физическая адсорбция, однако использующиеся в настоящее время адсорбенты, как правило, не различают углекислый газ и азот.

Азо-фрагменты (оранжевые) в пористом полимере отталкивают азот, селективно улавливая CO₂. (Рисунок из Nat. Commun., 2013, DOI: 10.1038/ncomms2359)

Руководитель исследования, Али Коскун (Ali Coskun) из Корейского Института Передовых технологий, отмечает, что топочные газы содержат большое количество азота, и если адсорбировать азот параллельно с углекислым газом, а потом хранить продукты адсорбции, потребуется в шесть раз больше материалов и места для хранения.

В поисках решения проблемы селективности связывания углекислого газа исследователи из группы Коксуна провели кросс-сочетание тетракис(4-нитрофенил)метана с широким рядом аминов, получив пористые ковалентно-связанные органические азо-полимеры. Синтезированные материалы адсорбируют CO₂, практически не поглощая азот. Например, при 50°C, поглощается почти в 300 газ больше CO₂, чем азота. Пористые полимеры остаются устойчивыми и сохраняют свою адсорбирующую способность при высоких температурах, а также могут быть легко регенерированы и подготовлены к повторному применению за счет понижения давления и «откачки» CO₂ для его последующей переработки. Причиной высокой селективности по отношению к CO₂ являются азогруппы, неподеленные электронные пары которых способствуют как адсорбции углекислого газа и отталкиванию молекулярного азота. По словам Коскуна, отрицательной чертой новых материалов является их дороговизна, в настоящее время исследователи пытаются разработать более дешевые и приемлемые для практического применения альтернативы.

Многие эксперты по пористым полимерным материалам – потенциальным адсорбентам заинтригованы результатами работы, однако при этом утверждают, что остается еще ряд вопросов, на которые еще нужно получить ответы. Так, Тревор Дрейдж (Trevor Drage) из Университета Ноттингема подчеркивает необходимость определения влияния влаги на сорбционные способности нового материала – ранее проведенные исследования показали, что сорбция воды на поверхности микропористых полимеров существенно влияет на их сродство к CO₂. Еще одним недостатком новой системы, по словам Дрейджа, является низкая ее адсорбционная емкость.

Источник: Nat. Commun., 2013, DOI: 10.1038/ncomms2359

метки статьи: #атмосферная химия, #органическая химия, #химическая технология, #химия поверхности, #химия полимеров