Ученые из Японии предложили новый материал для связывания углерода, который демонстрирует значительно более высокую способность поглощать CO₂. Изменение структуры анионов позволило создать полиионную жидкость с семикратным увеличением эффективности поглощения углекислого газа, сообщает interestingengineering.com.
Ирина Медведева
Иллюстративное изображение, демонстрирующее загрязнение окружающей среды углекислым газом. Источник: vocaleurope.eu
Ученые из Японии предложили новый материал для связывания углерода, который демонстрирует значительно более высокую способность поглощать CO₂ за счет изменения размеров противоанионов.
Совместная работа специалистов компании Nitto Boseki Co., Ltd. и Университета Тохоку показала, что правильно спроектированные полиионные жидкости (PIL) после очистки и замены анионов способны существенно повысить показатели адсорбции углекислого газа.
По данным исследователей, итоговый материал поглощает CO₂ в семь раз интенсивнее по сравнению с исходным продуктом. Эти результаты могут быть использованы для совершенствования систем улавливания углерода и мембран для разделения газов.
Основное внимание в работе было уделено полиионным жидкостям на основе диаллилдиметиламмония — соединениям, которые сочетают способность ионных жидкостей взаимодействовать с CO₂ и стабильность, присущую полимерам.
Анионы большого размера активнее связывают CO₂
Извлечение углекислого газа из промышленных выбросов по-прежнему остается одной из ключевых задач в области снижения парниковых выбросов.
Полиионные жидкости рассматриваются как перспективные материалы для этих задач, поскольку они могут избирательно реагировать с CO₂, оставаясь при этом в твердой стабильной форме. Однако, по словам ученых, стандартные методы синтеза материалов оставляют примеси неорганических солей, что мешает точной оценке их характеристик и эффективности.
Чтобы преодолеть эту проблему, коллектив разработал процедуру очистки, позволяющую полностью избавиться от остаточных неорганических солей в PIL.
С помощью анализа SEM-EDX исследователи подтвердили, что хлор и другие побочные продукты реакции были успешно удалены из готового материала.
После этого ученые изучили, как различные противоанионы влияют на процесс адсорбции CO₂. Они заменили ионы хлорида на три типа анионов с возрастающим размером: ацетат, тиоцианат и трифторметансульфонат. Эксперименты показали, что более крупные анионы последовательно улучшают способность материала захватывать углекислый газ.
Согласно полученным данным, PIL с самым большим анионом достигла наивысшего уровня поглощения CO₂ — в семь раз превышающего показатели необработанного исходного материала.
Чистота напрямую влияет на производительность
Особое внимание команда уделила полидиаллилдиметиламмонийхлориду, который обладает высокой плотностью положительных зарядов.
Исследователи отметили, что остаточные ионы металлов из неорганических солей, образующихся в ходе синтеза, практически не изучались в предыдущих работах. Эти примеси могли скрывать истинные адсорбционные свойства материалов. После их удаления ученые смогли наблюдать более четкую зависимость между размером аниона и эффективностью захвата CO₂.
В работе также предложена возможная стратегия создания материалов для улавливания углерода в будущем. Вместо поиска исключительно новых химических составов полимеров инженеры могут повышать производительность за счет точной настройки размера анионов и уровня чистоты.
Кроме установок для улавливания углекислого газа, полученные результаты могут помочь в разработке современных мембран для промышленного разделения газов.
Исследователи считают, что такой подход способен усовершенствовать технологии, направленные на улавливание CO₂ как из атмосферы, так и из выбросов заводов и электростанций.
Ранее мы рассказывали о другом методе очистки воздуха от СО РАН: побочный продукт производства биодизеля глицерин ученые превратили в абсорбент для очистки атмосферы от СО2.
Также в фокусе внимания журнала «Химагрегаты» — передовые промышленные технологии, исключающие загрязнение среды. Так, мы писали, что в рамках возведения нового комплекса по выпуску полипропилена ДГП-2 на площадке «ЗапСибНефтехима» стартовала сборка факельной установки закрытого вида, конструкция которой абсолютно исключает наличие открытого огня и не производит выделения тепловой энергии во внешнюю среду.