Forskare har skapat molekylära burar i en polymer för att fånga in skadliga svaveldioxidföroreningar för att omvandla det till användbara föreningar och minska avfall och utsläpp.

Ett unikt nytt material utvecklat av ett internationellt samarbete mellan forskare har bevisat att det kan bidra till att minska svaveldioxidutsläppen (SO2) i miljön genom att selektivt fånga upp molekylerna i noggrant konstruerade burar. Den infångade giftiga gasen kan sedan frigöras på ett säkert sätt för omvandling till användbara industriprodukter och processer.

Omkring 87 % av svaveldioxidutsläppen är resultatet av mänsklig aktivitet, produceras vanligtvis av kraftverk, andra industrianläggningar, tåg, fartyg, och tung utrustning, och kan vara skadligt för människors hälsa och miljön. Det internationella laget utvecklade porösa, burliknande, stabila kopparhaltiga molekyler kända som molekylära organiska ramverk (MOF) som är utformade för att separera svaveldioxidgas (SO2) från andra gaser mer effektivt än befintliga system.

Professor Martin Schröder, Vice ordförande och dekanus för fakulteten för naturvetenskap och teknik vid University of Manchester, och Dr Sihai Yang, en universitetslektor vid Institutionen för kemi vid University of Manchester, ledde ett internationellt forskarlag från Storbritannien och USA i detta arbete.

Forskarna exponerade MOF för simulerade avgaser och fann att de effektivt separerade SO2 från gasblandningen vid förhöjda temperaturer även i närvaro av vatten.

Forskningen, ledd av University of Manchester och publicerad i tidskrift Naturmaterial , visade en enorm effektivitetsförbättring jämfört med nuvarande SO2-avskiljningssystem, som kan producera mycket fast och flytande avfall och bara kan ta bort upp till 95 procent av den giftiga gasen, konstaterade forskare.

Genomförande av toppmoderna strukturella, dynamiska och modelleringsstudier vid internationella anläggningar som ISIS och Diamond Light Source för att utföra neutron- och röntgenspridningsexperiment, och Advanced Light Source i Berkeley USA för att utföra enkristalldiffraktionsarbete, de har kunnat bestämma exakta mätningar av SO2 inom MOFs på molekylär nivå.

Huvudförfattaren till forskningsartikeln Gemma Smith sa att det nya materialet visar en adsorption av SO2 högre än något annat poröst material som hittills är känt. Detta arbete saknar motstycke eftersom det nya materialet är anmärkningsvärt stabilt mot SO2-exponering, även i närvaro av vatten, och adsorptionen är helt reversibel vid rumstemperatur.

"Vårt material har visat sig vara extremt stabilt mot korrosiv SO2 och kan effektivt separera det från fuktiga avgasströmmar. Viktigt, regenereringssteget är mycket energieffektivt jämfört med de som rapporterats i andra studier; den infångade SO2 kan frigöras vid rumstemperatur för omvandling till användbara produkter, medan det metallorganiska ramverket kan återanvändas för många fler separationscykler."