Kredit:Unsplash/CC0 Public Domain
Det är numera välkänt att koldioxid är den största bidragsgivaren till klimatförändringarna och härstammar främst från förbränning av fossila bränslen. Samtidigt som det pågår ansträngningar runt om i världen för att stoppa vårt beroende av fossila bränslen som energikällor, löftet om grön energi ligger fortfarande i framtiden. Kan något göras under tiden för att minska halterna av CO 2 i atmosfären?
Det skulle, faktiskt, vara bra om CO 2 i atmosfären kan helt enkelt adsorberas. Visar sig, detta är precis vad direkt luftinfångning (DAC), eller fångst av CO 2 under omgivningsförhållanden, syftar till att göra. Dock, inget sådant material med förmåga att adsorbera CO 2 effektivt under DAC-förhållanden har hittills utvecklats. "Det är välkänt att CO 2 är sur till sin natur. Därför, material med grundläggande natur används vanligtvis som adsorbenter för CO 2 . Dock, som ofta leder till korrosion av systemet och är inte heller lämplig för återvinning av den adsorberade CO 2 , " förklarar professor Yasushige Kuroda från Okayama University, Japan, som forskar om ytkemi.
Mot denna bakgrund, i en nyligen publicerad studie publicerad i Journal of Materials Chemistry A , forskare från Okayama University och Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI) under ledning av Prof. Kuroda undersökte adsorptionsegenskaperna hos ett material som hittills har förblivit en "underdog":zeoliter (mineraler som huvudsakligen innehåller aluminium- och kiseloxider). "Zeolitmaterial har fått lite uppmärksamhet som adsorbenter på grund av deras låga CO 2 adsorptionskapacitet vid rumstemperatur och i adsorptionsområdet med lägre tryck, samt deras dåliga selektivitet över kväve, " säger Prof. Kuroda.
I deras studie, Prof. Kuroda och hans team designade en jonbytesmetod för zeolit med joner av alkaliska jordartsmetaller och uppnådde en anmärkningsvärt hög CO 2 adsorption under omgivningsförhållanden. Teamet valde specifikt en zeolit av A-typ (kisel/aluminiumförhållande på 1) på grund av dess lämpliga porstorlek för att adsorbera CO 2 , medan jonbytet från alkaliska jordarter gav en stor elektrisk fältstyrka som, förment, fungerade som en drivkraft för adsorptionen. Forskare valde en dubbelladdad kalciumjon (Ca 2+ ) som utbytesjon eftersom den möjliggjorde den största mängden adsorption. Faktiskt, den noterade adsorberade volymen var den största mängden CO 2 att någonsin ha adsorberats av något zeolitsystem, överträffar det för andra material under liknande förhållanden!
En ny väg för selektiv och utmärkt CO2-desorption vid rumstemperatur och i området med lägre tryck genom att använda zeolit av A-typ; den adsorberade CO2-molekylen fästs samtidigt av två typer av Ca2+-joner utbytta på respektive ställe, innefattande 8- och 6-ledade ringar flankerade sida vid sida som visas i denna figur. Vi har lyckats separera CO2 från en blandning av gaser som innehåller N2, O2, CO2, och CH4. Kredit:2021 Okayama University-InorgChem
För att undersöka den underliggande adsorptionsmekanismen, forskarna utförde fjärrinfraröda (far-IR) mätningar och backade upp dem med beräkningar av densitetsfunktionsteori (DFT). Det avlägsna IR-spektra, som upptäckte vibrationslägena på grund av Ca 2+ -zeolitvibrationer, visade en distinkt förskjutning mot längre våglängder efter CO 2 adsorption, en egenskap som forskare inte kunde känna igen i andra prover, t.ex. Na-jonbytad zeolit av A-typ. De verifierade vidare sin observation med en modell som visade god överensstämmelse med DFT-beräkningar.
Dessutom, forskarna kunde helt desorbera den adsorberade CO 2 och återvinna det ursprungliga provet och dess specifika adsorptionsegenskaper. Dessutom, provet visade en överlägsen selektiv adsorption av CO 2 från andra gaser efter att forskarna undersökt separationen av CO 2 använda en modellgas som emulerade omgivande luft i sin sammansättning.
Fynden för således zeoliter till förgrunden som en effektiv adsorbent av CO 2 under omgivningsförhållanden, en bedrift som man tidigare trodde var ouppnåelig med dessa system. "Vårt arbete kan öppna dörrar till potentiellt nya tillämpningar av zeoliter, såsom vid rening av luft i halvstängda utrymmen inklusive rymdfärjor, ubåtar, och konserthus, och som ett adsorberande material i anestesiprocessen, " spekulerar prof. Kuroda.
En sak är säker, dock:kemister kommer aldrig att se på zeolit på samma sätt igen.
