حذف دی اکسید کربن از خروجی دودکش کارخانه‌ها با یک ماده نانویی

به گزارش آماج تارنمای دانشگاه اورگان، کراکس استیلیانو از محققان این پروژه گفت: این روش جذب دی‌اکسیدکربن برای جلوگیری از اثرات نامطلوب آب و هوایی بسیار مناسب است. نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای در Cell Reports Physical Science منتشر شده است.

دی اکسید کربن به عنوان گاز گلخانه‌ای، از سوزاندن سوخت‌های فسیلی ناشی می‌شود و یکی از دلایل اصلی گرم شدن آب و هوای زمین است. استیلیانو خاطرنشان می‌کند که تأسیساتی که کربن را از هوا فیلتر می‌کنند در سرتاسر جهان شروع به ظهور کرده‌اند، بزرگترین تاسیسات از این نوع در جهان در سال ۲۰۲۱ در ایسلند افتتاح شد. اما آنها هنوز آماده نیستند که مشکل انتشار گازهای گلخانه‌ای را در سراسر جهان را حل کنند. در طول یک سال، کارخانه ایسلند می‌تواند مقدار دی اکسید کربنی معادل انتشار سالانه حدود ۸۰۰ خودرو را حذف کند.

فناوری برای کاهش دی اکسید کربن در نقطه ورود به جو، مانند خروجی یک کارخانه، نسبتا به خوبی توسعه یافته است. یکی از این فناوری‌ها شامل نانوموادی معروف به چارچوب‌های آلی فلزی یا MOF هستند که می‌توانند مولکول‌های دی‌اکسید کربن را جذب کنند.

استیلیانو در این زمینه اظهار داشت: به دام انداختن دی اکسید کربن برای رسیدن به اهداف انتشار خالص صفر بسیار مهم است. نانومواد معروف به چارچوب‌های آلی فلزی به دلیل تخلخل و تطبیق پذیری ساختاری، نویدهای زیادی برای جذب کربن نشان داده اند، اما سنتز آنها اغلب به معنای استفاده از معرف‌هایی مانند نمک‌های فلزات سنگین و حلال‌های سمی است که هم از نظر اقتصادی و هم از نظر زیست محیطی پرهزینه هستند.»

وی یادآور شد: برخورد با قسمت آب در دودکش‌ها، حذف دی اکسید کربن را بسیار پیچیده می‌کند. بسیاری از این نانو مواد که ظرفیت جذب کربن را نشان داده‌اند در شرایط مرطوب کارایی خود را از دست می‌دهند.

این محقق همچنین گفت: گازهای دودکش را می‌توان خشک کرد، اما این کار هزینه قابل توجهی را به فرآیند حذف دی اکسید کربن اضافه می‌کند، به اندازه ای که آن را برای کاربردهای صنعتی غیر قابل دوام می‌کند.

استیلیانو افزود: ما به دنبال ارائه یک MOF برای رسیدگی به محدودیت‌های مختلف موادی که در حال حاضر در جذب کربن استفاده می‌شوند، بودیم. مسائلی نظیر هزینه بالا، انتخاب‌پذیری ضعیف برای دی اکسید کربن، پایداری کم در شرایط مرطوب و ظرفیت‌های جذب دی اکسید کربی پایین، از جمله مشکلات این ساختارها بودند.

MOF ها مواد متخلخل و کریستالی هستند که از یون‌های فلزی با بار مثبت تشکیل شده‌اند که توسط مولکول‌های “پیوند دهنده” آلی به نام لیگاند احاطه شده‌اند. یون‌های فلزی گره‌هایی می‌سازند که بازوهای پیوند دهنده‌ها را به هم متصل می‌کنند تا ساختاری تکرار شونده به نظر برسد، چیزی شبیه قفس. این ساختار دارای منافذ نانو مقیاس بوده، شبیه به یک اسفنج، که کار جذب را ساده می‌کند.

استیلیانو همچنین تاکید کرد: MOF ها را می‌توان با اجزای مختلفی طراحی کرد که ویژگی‌های آن را تعیین می‌کند. میلیون‌ها MOF ممکن وجود دارد، تقریبا ۱۰۰ هزار مورد از آنها توسط محققان شیمی سنتز شده است و خواص نیم میلیون دیگر نیز پیش بینی شده است.

وی گفت: در این مطالعه ما یک MOF متشکل از آلومینیوم و لیگاند بنزن-۱، ۲، ۴، ۵-تترا کربوکسیلیک اسید ساختیم. سنتز MOF در آب اتفاق می‌افتد و تنها چند ساعت طول می‌کشد. MOF دارای منافذی با اندازه مولکول‌های CO۲ است، به این معنی که فضای محدودی برای حبس دی اکسید کربن وجود دارد.

این MOF در شرایط مرطوب به خوبی کار می‌کند و همچنین دی اکسید کربن را به نیتروژن ترجیح می‌دهد، که مهم است زیرا اکسیدهای نیتروژن جزء گازهای دودکش هستند. بدون این نوع گزینش پذیری، MOF به طور بالقوه به مولکول‌های اشتباه متصل می‌شود.