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È ormai risaputo che l'anidride carbonica è il maggior contributore al cambiamento climatico e proviene principalmente dalla combustione di combustibili fossili. Mentre ci sono sforzi in corso in tutto il mondo per porre fine alla nostra dipendenza dai combustibili fossili come fonti di energia, la promessa dell'energia verde è ancora nel futuro. Si può fare qualcosa nel frattempo per ridurre le concentrazioni di CO 2 nell'atmosfera?
Sarebbe, infatti, essere grande se il CO 2 nell'atmosfera potrebbe essere semplicemente adsorbito. risulta, questo è esattamente ciò che cattura l'aria diretta (DAC), o la cattura di CO 2 in condizioni ambientali, mira a fare. Però, nessun materiale del genere con la capacità di adsorbire CO 2 Finora è stato sviluppato in modo efficiente in condizioni DAC. "È risaputo che CO 2 è di natura acida. Perciò, i materiali di natura basica sono generalmente utilizzati come adsorbenti per la CO 2 . Però, che spesso porta alla corrosione dell'impianto e inoltre non è idoneo al riciclo della CO . adsorbita 2 , " spiega il professor Yasushige Kuroda dell'Università di Okayama, Giappone, che conduce ricerche sulla chimica delle superfici.
In questo contesto, in un recente studio pubblicato su Journal of Materials Chemistry A , gli scienziati dell'Università di Okayama e del Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI), guidati dal Prof. Kuroda, hanno esplorato le proprietà di adsorbimento di un materiale che finora è rimasto un "perdente":le zeoliti (minerali contenenti principalmente ossidi di alluminio e silicio). "I materiali di zeolite hanno ricevuto poca attenzione come adsorbenti a causa della loro bassa CO 2 capacità di adsorbimento a temperatura ambiente e nella regione di adsorbimento a pressione inferiore, così come la loro scarsa selettività sull'azoto, " dice il Prof. Kuroda.
Nel loro studio, Il prof. Kuroda e il suo team hanno progettato un metodo di scambio ionico della zeolite con ioni alcalino-terrosi e hanno ottenuto un CO notevolmente elevato 2 adsorbimento in condizioni ambientali. Il team ha scelto specificamente una zeolite di tipo A (rapporto silicio/alluminio di 1) a causa della sua dimensione dei pori appropriata per l'assorbimento di CO 2 , mentre lo scambio ionico alcalino-terroso impartiva una grande intensità di campo elettrico che, presumibilmente, fungeva da forza motrice per l'adsorbimento. Gli scienziati hanno scelto uno ione calcio a doppia carica (Ca 2+ ) come ione di scambio poiché ha consentito la maggiore quantità di adsorbimento. Infatti, il volume adsorbito rilevato era la maggiore quantità di CO 2 essere mai stato adsorbito da alcun sistema zeolitico, superando quello per altri materiali in condizioni simili!
Una nuova strada per il desorbimento di CO2 selettivo ed eccellente a temperatura ambiente e nella regione a bassa pressione utilizzando la zeolite di tipo A; la molecola di CO2 adsorbita è contemporaneamente bloccata da due tipi di ioni Ca2+ scambiati in rispettivi siti comprendenti anelli a 8 e 6 membri affiancati come mostrato in questa figura. Siamo riusciti a separare la CO2 da una miscela di gas comprendente N2, O2, CO2, e CH4. Credito:2021 Okayama University-InorgChem
Per studiare il meccanismo di adsorbimento sottostante, gli scienziati hanno effettuato misurazioni nel lontano infrarosso (far-IR) e le hanno supportate con calcoli della teoria del funzionale della densità (DFT). Gli spettri del lontano IR, che ha rilevato i modi vibrazionali dovuti a Ca 2+ -vibrazione zeolitica, ha mostrato un netto spostamento verso lunghezze d'onda più lunghe dopo la CO 2 adsorbimento, una caratteristica che gli scienziati non sono riusciti a riconoscere in altri campioni, per esempio. Zeolite di tipo A con scambio di ioni Na. Hanno ulteriormente verificato la loro osservazione con un modello che ha mostrato un buon accordo con i calcoli DFT.
Inoltre, gli scienziati sono riusciti a desorbire completamente la CO . adsorbita 2 e recuperare il campione originale e le sue proprietà di adsorbimento specifiche. Inoltre, il campione ha mostrato un adsorbimento selettivo superiore di CO 2 da altri gas dopo che gli scienziati hanno esaminato la separazione della CO 2 utilizzando un gas modello che emulava l'aria ambiente nella sua composizione.
I risultati portano quindi le zeoliti alla ribalta come un efficiente adsorbente di CO 2 in condizioni ambientali, un'impresa precedentemente ritenuta irraggiungibile con questi sistemi. "Il nostro lavoro può aprire le porte a potenziali nuove applicazioni delle zeoliti, come nella pulizia dell'aria all'interno di spazi semichiusi comprese le navette spaziali, sottomarini, e sale da concerto, e come materiale adsorbente nel processo anestetico, " ipotizza il prof. Kuroda.
Una cosa è certa, però:i chimici non guarderanno mai più la zeolite allo stesso modo.
