Kol-60 molekyler, även känd som buckyballs, kombinerades med aminer i en förening som absorberar en femtedel av sin vikt i koldioxid. Det visar potential som ett miljövänligt material för att fånga upp kol från naturgaskällor och industrianläggningar. Med tillstånd från Barron Research Group
(Phys.org) – Rice Universitys forskare har upptäckt en miljövänlig kolavskiljningsmetod som kan vara lika skicklig på att dra koldioxidutsläpp från industriella rökgaser och naturgaskällor.
Rice-labbet av kemisten Andrew Barron avslöjade i en proof-of-concept-studie att aminrika föreningar är mycket effektiva för att fånga upp växthusgasen när de kombineras med kol-60-molekyler.
Forskningen är föremål för en öppen artikel i dag i Natures onlinetidskrift Vetenskapliga rapporter .
"Vi hade två mål, ", sade Barron. "En var att göra föreningen 100 procent selektiv mellan koldioxid och metan vid alla tryck och temperaturer. Den andra var att minska den höga temperatur som behövs för andra aminlösningar för att få ut koldioxiden igen. Vi har varit framgångsrika på båda punkter."
Tester från ett till 50 atmosfärstryck visade att risföreningen fångade en femtedel av sin vikt i koldioxid men ingen mätbar mängd metan, Barron sa, och materialet bröts inte ned under många absorptions-/desorptionscykler.
Kol-60, den fotbollsformade molekylen även känd som buckminsterfulleren (eller "buckyball") upptäcktes på Rice av Nobelpristagarna Richard Smalley, Robert Curl och Harold Kroto 1985. Den ultimata krökningen av buckyballs kan göra dem till det bästa möjliga sättet att binda aminmolekyler som fångar upp koldioxid men låter önskvärd metan passera igenom.
Rislabbet använde buckyballs som tvärbindare mellan aminer, kvävebaserade molekyler hämtade från polyetylenimin. Labbet producerade en brun, svampigt material där hydrofoba (vattenundvikande) buckyballs tvingade de hydrofila (vattensökande) aminerna ut, där passerande koldioxid kunde binda till det exponerade kvävet.
Polyetylenimin (PEI) med kol-60 atomer, aka buckminsterfullerenes, bildar en svampig brun förening som absorberar en femtedel av sin vikt i koldioxid men ingen mätbar mängd metan. Det kan göra den lämplig för att fånga upp koldioxid vid brunnshuvuden och från industriella rökgaser. Med tillstånd från Barron Research Group
När Barron och hans team började kombinera kol och aminer för flera år sedan, de märkte en intressant utveckling:platt grafen absorberade koldioxid väl, flerväggiga nanorör absorberade det bättre, och tunnare enkelväggiga nanorör ännu bättre. "Det antydde att krökningen var viktig, " Sa Barron. "C-60, vara en sfär, har högsta möjliga krökning bland kolmaterial."
Han sa att risföreningen jämfördes positivt med andra kolavskiljande kandidater baserade på metallorganiska ramverk (MOF). "Det motsvarar ungefär de bästa MOF:erna för kolavskiljning, men vårt material är mycket mer selektivt. Metan absorberar bara inte, " sa Barron. Till skillnad från MOFs, han noterade att risföreningen absorberade både våt koldioxid och torr.
Barron sa att det är lika viktigt att föreningen frigör koldioxid effektivt för återanvändning. "Vi märkte för länge sedan att om vi fäste aminer till kolnanorör eller grafen, de sänkte temperaturen vid vilken koldioxid löses upp, ", sa Barron. Industriella aminbaserade skrubbrar måste värmas upp till 140 grader Celsius för att frigöra infångad koldioxid; en sänkning av temperaturen skulle spara energi.
"Jämfört med kostnaden för nuvarande amin som används, C-60 är dyr, " Barron medgav. "Men energikostnaderna skulle vara lägre eftersom du skulle behöva mindre för att ta bort koldioxiden." Han noterade att industriella skrubbrar förlorar aminer genom uppvärmning, så de måste ständigt fyllas på. "De lägger för alltid till reagens, vilket är trevligt för företagen som säljer amin, men inte så bra för dem som försöker separera koldioxiden."
Forskarna söker efter sätt att förbättra substansens kapacitet och absorptionshastighet. "Vi förstår verkligen mekanismen, vilket är viktigt, ", sa Barron. "Det gör att vi kan driva det ytterligare."
Huvudförfattaren Enrico Andreoli är en tidigare postdoktor i Rice och nu universitetslektor vid Swansea University, Wales. Medförfattare är före detta doktorand Eoghan Dillon, alumnen Laurie Cullum och seniorforskaren Lawrence Alemany, hela ris. Barron är Charles W. Duncan Jr.-Welch professor i kemi och professor i materialvetenskap och nanoteknik.
