Новости химической науки > Микропористый силикат меди улавливает диоксид углерода

Исследователи создали микропористый материал из медьсиликата, который может предложить более дешевый и простой способ связывания диоксида углерода, содержащегося в газовых выхлопах теплоэлектростанций, работающих на ископаемом топливе.

Технологии связывания диоксида углерода обычно сводятся к «влажным» способам, основанным на поглощении углекислого газа растворами аминов, приводящем к образованию карбаматов. Этот метод хорош тем, что, поскольку в нем для поглощения CO₂ используются водные растворы, присутствие влаги в печных газах не влияет на эффективность фиксации CO₂. Тем не менее, недостатком «влажного» метода является его дороговизна.

Новый материал для улавливания диоксида углерода состоит из одинаковых по форме квадратно-бипирамидальных монокристаллов. (Рисунок из Science, 2015, 350, 302 (DOI: 10.1126/science.aab1680))

В попытках снизить стоимость фиксации диоксида углерода исследователи стремятся разработать «сухой» метод поглощения, для чего изучается большое количество микропористых материалов, включая металлоорганические каркасные соединения. Проблемой этих методов, в свою очередь, является то обстоятельство, что влага, содержащаяся в печных газах, конкурентно с CO₂ взаимодействует с центрами связывания пор, существенно понижая способность таких материалов к связыванию углекислого газа. Оптимизация работы пористых материалов, известных к настоящему времени, требует предварительного осушения печных газов, однако эта стадия также требует материальных вложений, делая поглощение CO₂ пористыми системами ничуть не дешевле привычного «влажного» метода.

В новой работе Кюн Бюн Юун (Kyung Byung Yoon) из Университета Соган (Сеул, Южная Корея) предлагает в качестве возможного материала для сухого поглощения CO₂ материал из силиката меди, получивший обозначение SGU-29. Новый материал может улавливать диоксид углерода непосредственно из влажных печных газов, что позволяет не проводить их предварительную осушку.

Исследователи из группы Юуна ранее изучали полученный ими титаносиликатный материал (ETS-10) и обнаружили, что он может использоваться для поглощения диоксида углерода, однако степень адсорбции CO₂ титаносиликатом была невелика. Очередной материал – ванадосиликат (AM-6) – показал существенное увеличение способности к поглощению углекислого газа. Исходя из информации о том, что медьсодержащие металлоорганические каркасные структуры обеспечивают хорошее поглощение диоксида углерода, Юун предположил, что медьсиликатный материал со структурой, близкой к структуре материалов ETS-10 и AM-6, мог бы стать оптимальным материалом для фиксации CO₂.

Во время испытаний было обнаружено, что материал SGU-29 может поглощать диоксид углерода даже в присутствии влаги – это происходит благодаря эффективному сочетанию гидрофильных и гидрофобных участков в полимере. Селективность поглощения CO₂ обуславливается также и тем, что размеры кремнийсодержащих нанотрубок в SGU-29 идеально соответствуют размеру диоксида углерода, который входит в них, а вот геометрия уголковой молекулы воды не дает ей войти туда, где она может конкурировать с CO₂ в поглощении. Тем не менее, на настоящий момент проблемой нового материала является то, что его неоднократное использование пока еще представляет собой непростую задачу – «очистить» SGU-29 от поглощенного диоксида углерода пока можно только комбинируя значительное разрежение и нагрев.

Источник: Science, 2015, 350, 302 (DOI: 10.1126/science.aab1680)

метки статьи: #вопросы экологии, #неорганическая химия, #новые материалы, #химическая технология