Hành động đảo ngược có thể cải thiện tách khí công nghiệp

Kết hợp polyme phối trí xốp với axit amin được sắp xếp theo hướng trong các lỗ xốp của nó ưu tiên hấp phụ carbon dioxide để làm sạch axetylen từ hỗn hợp khí.

Các nhà khoa học tại Viện Khoa học Vật liệu -Tế bào Tích hợp (iCeMS) của trường Đại học Kyoto tại Nhật Bản và các đồng nghiệp đã phát triển và thử nghiệm thành công phương pháp này. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Angewandte Chemie International Edition.  

Axetylen là một loại khí được sử dụng trong nhiều lĩnh vực thuộc ngành công nghiệp, bao gồm là nhiên liệu để làm hàn và một khối xây dựng hóa học cho các vật liệu như nhựa, sơn, thủy tinh và nhựa resin. Để sản xuất axetylen, trước tiên cần tinh chế chất này khỏi cacbon đioxit. Theo truyền thống, thực hiện công việc này bằng cách cho hỗn hợp khí axetylen / cacbon đioxit đi qua một vật liệu. Carbon dioxide tương tác yếu với vật liệu và do đó đi qua, trong khi axetylen phản ứng mạnh và bám vào vật liệu. Vấn đề là việc loại bỏ axetylen ra khỏi vật liệu sau đó cần một số bước tiêu tốn năng lượng.

Các nhà khoa học đang tìm cách nhằm đảo ngược quá trình này, để acetylene trở thành khí đi qua vật liệu và carbon dioxide được giữ lại. Nhưng cho đến nay, công việc này gặp rất nhiều trở ngại.

"Vấn đề là cả hai loại khí đều có kích thước phân tử, hình dạng và điểm sôi tương tự nhau", nhà hóa học iCeMS Susumu Kitagawa, người dẫn dắt nghiên cứu, giải thích. "Các chất hấp phụ có lợi cho carbon dioxide hơn acetylene cũng có nhưng rất hiếm, đặc biệt là những chất hoạt động ở nhiệt độ phòng".

Kitagawa, nhà hóa học vật liệu iCeMS Ken-ichi Otake và các đồng nghiệp đã cải thiện sự hấp phụ carbon dioxide của một vật liệu tinh thể được gọi là polyme phối trí xốp bằng cách sửa đổi các lỗ xốp của nó. Nhóm nghiên cứu đã cố định các nhóm amin vào các kênh lỗ của hai polyme phối trí xốp. Việc này bổ sung vị trí để carbon dioxide tương tác và bám vào vật liệu. Vị trí tương tác bổ sung cũng thay đổi cách axetylen liên kết với vật liệu, để lại ít không gian hơn cho việc bám phân tử axetylen, có nghĩa là nhiều carbon dioxide hơn và ít axetylen được hấp thụ hơn so với cùng một vật liệu không có liên kết nhóm amin.

Thiết kế các vật liệu mới này hấp thụ nhiều carbon dioxide hơn và ít acetylen hơn so với các chất hấp phụ carbon dioxide hiện có khác. Chúng cũng hoạt động tốt ở nhiệt độ phòng và hoạt động ổn định qua nhiều chu kỳ.

Kitagawa nói: “Chiến lược 'hành động đảo ngược' này có thể áp dụng cho các hệ thống khí khác, đưa ra nguyên tắc thiết kế đầy hứa hẹn đối với các vật liệu xốp hiệu suất cao cho các hệ thống nhận dạng và phân tách đầy thách thức.

Công bố này được công bố lần đầu trên trang web của Viện Khoa học Vật liệu Tế bào Tích hợp của trường Đại học Kyoto.

Trường Đại học Kyoto – Nhật Bản

Tố Quyên dịch

Nguồn: Lab Manager- Hoa Kỳ