Le membrane polimeriche per la separazione dei gas potrebbero diventare una tecnologia cruciale per prevenire l'eccessiva emissione di CO2, rallentamento del riscaldamento globale. Credito:Chris LeBoutillier su Pexels
Una delle maggiori sfide dell'umanità in questo momento è ridurre le nostre emissioni di gas serra nell'atmosfera. I gruppi di ricerca di tutto il mondo stanno cercando di trovare modi per separare in modo efficiente l'anidride carbonica (CO 2 ) dalla miscela di gas emessa da impianti industriali e centrali elettriche. Tra le tante strategie per raggiungere questo obiettivo, separazione della membrana è un attraente, opzione economica; prevede l'utilizzo di membrane polimeriche che filtrano selettivamente la CO 2 da una miscela di gas.
Studi recenti si sono concentrati sull'aggiunta di basse quantità di strutture metallo-organiche (MOF) nelle matrici polimeriche per migliorarne le proprietà. I MOF sono composti costituiti da un centro metallico legato a molecole organiche in modo molto ordinato, produzione di cristalli porosi. Quando aggiunto alle membrane polimeriche, I MOF possono migliorare le loro prestazioni di separazione dei gas, nonché la loro stabilità e tolleranza a condizioni difficili. Però, uno dei problemi principali dell'integrazione dei MOF nelle membrane polimeriche è trovare composti compatibili con interazioni favorevoli, come i legami covalenti. Sfortunatamente, quelli che sono stati provati richiedono sintesi e materiali molto costosi.
Per affrontare questo problema, un team internazionale di scienziati ha recentemente condotto uno studio che è stato pubblicato in Materiali e interfacce applicati ACS . Guidato dal professor Tae-Hyun Kim della Incheon National University, Corea, gli scienziati si sono concentrati sull'incorporazione di un MOF a base di zirconio chiamato "UiO-66" in una matrice multipolimero che avevano precedentemente sviluppato. Hanno raggiunto questo obiettivo modificando i MOF in modo da formare facilmente legami covalenti con i filamenti principali della matrice polimerica.
Gli scienziati hanno sintetizzato UiO-66-NB, che è UiO-66 con unità di norbornene, una piccola molecola organica. Attraverso un semplice processo di sintesi, unità di norbornene possono diventare collegamenti nelle principali catene polimeriche della matrice. In questo modo, il norbornene in UiO-66-NB incorpora i MOF nella matrice, come spiega il prof. Kim, "Invece di fondere semplicemente i MOF e i polimeri, abbiamo trovato un metodo nuovo ed efficiente per incorporare MOF nella matrice polimerica tramite legami covalenti; questo rafforza le interazioni alle interfacce di entrambi i composti e crea matrici polimeriche prive di difetti".
Le caratteristiche e le prestazioni delle membrane polimeriche caricate con MOF erano eccezionali:la loro permeabilità alla CO 2 è stato potenziato senza comprometterne significativamente la selettività. La loro CO 2 /N 2 le prestazioni di separazione si sono avvicinate al set del limite superiore teorico di Robeson nel 2019. Inoltre, le membrane non solo erano notevolmente tolleranti a condizioni difficili come l'alta pressione o il cambio di temperatura, ma anche molto stabile per lunghi periodi di tempo di quasi un anno.
Questi risultati sono un passo nella giusta direzione verso la rimozione delle barriere alla commercializzazione che queste membrane polimeriche devono affrontare per le applicazioni industriali. Entusiasta dei risultati, Il prof. Kim osserva, "Riteniamo che i nostri risultati apriranno nuove strategie per valutare potenziali interfacce tra MOF e matrici polimeriche per la separazione dei gas ad alte prestazioni".
Speriamo che questa tecnologia continui a evolversi in modo da poter mantenere l'eccesso di CO 2 lontano dalla nostra atmosfera!