Molecole di carbonio-60, noto anche come buckyballs, sono stati combinati con ammine in un composto che assorbe un quinto del suo peso in anidride carbonica. Mostra il potenziale come materiale ecologico per la cattura del carbonio dai pozzi di gas naturale e dagli impianti industriali. Per gentile concessione del Barron Research Group
(Phys.org)—Gli scienziati della Rice University hanno scoperto un metodo di cattura del carbonio ecologico che potrebbe essere ugualmente abile nel prelevare le emissioni di anidride carbonica dai gas di scarico industriali e dai pozzi di gas naturale.
Il laboratorio Rice del chimico Andrew Barron ha rivelato in uno studio proof-of-concept che i composti ricchi di ammine sono altamente efficaci nel catturare il gas serra se combinati con molecole di carbonio-60.
La ricerca è oggetto di un articolo ad accesso aperto oggi sulla rivista online di Nature Rapporti scientifici .
"Avevamo due obiettivi, "Ha detto Barron. "Uno era quello di rendere il composto selettivo al 100% tra anidride carbonica e metano a qualsiasi pressione e temperatura. L'altro era ridurre l'alta temperatura necessaria ad altre soluzioni amminiche per far uscire di nuovo l'anidride carbonica. Abbiamo avuto successo su entrambi i fronti".
I test da una a 50 pressioni atmosferiche hanno mostrato che il composto di riso ha catturato un quinto del suo peso in anidride carbonica ma nessuna quantità misurabile di metano, Barron ha detto, e il materiale non si è degradato in molti cicli di assorbimento/desorbimento.
carbonio-60, la molecola a forma di pallone da calcio nota anche come buckminsterfullerene (o "buckyball") è stata scoperta a Rice dai premi Nobel Richard Smalley, Robert Curl e Harold Kroto nel 1985. La curvatura finale dei buckyball può renderli il miglior modo possibile per legare le molecole di ammina che catturano l'anidride carbonica ma consentono il passaggio del metano desiderabile.
Il laboratorio del riso ha utilizzato buckyball come reticolanti tra ammine, molecole a base di azoto estratte dalla polietilenimmina. Il laboratorio ha prodotto un marrone, materiale spugnoso in cui i buckyball idrofobici (che evitano l'acqua) forzano le ammine idrofile (che cercano l'acqua) verso l'esterno, dove il passaggio dell'anidride carbonica potrebbe legarsi all'azoto esposto.
Polietilenimmina (PEI) con atomi di carbonio-60, alias buckminsterfullereni, formano un composto spugnoso marrone che assorbe un quinto del suo peso in anidride carbonica ma nessuna quantità misurabile di metano. Ciò potrebbe renderlo adatto per catturare l'anidride carbonica nelle teste pozzo e dai gas di scarico industriali. Per gentile concessione del Barron Research Group
Quando Barron e il suo team hanno iniziato a combinare carbonio e ammine diversi anni fa, hanno notato una progressione interessante:il grafene piatto ha assorbito bene l'anidride carbonica, i nanotubi a parete multipla lo hanno assorbito meglio, e nanotubi a parete singola più sottili ancora meglio. "Ciò suggeriva che la curvatura era importante, " disse Barron. "C-60, essendo una sfera, ha la curvatura più alta possibile tra i materiali in carbonio."
Ha detto che il composto Rice si è confrontato favorevolmente con altri candidati alla cattura del carbonio basati su strutture metalliche organiche (MOF). "Si tratta dell'equivalente dei migliori MOF per la cattura del carbonio, ma il nostro materiale è molto più selettivo. Il metano semplicemente non assorbe, " ha detto Barron. A differenza dei MOF, notò che il composto del riso assorbiva anidride carbonica umida e secca.
Barron ha affermato che è altrettanto importante che il composto rilasci anidride carbonica in modo efficiente per il riutilizzo. "Abbiamo notato molto tempo fa che se attaccavamo le ammine ai nanotubi di carbonio o al grafene, hanno abbassato la temperatura alla quale l'anidride carbonica si dissolve, " Ha detto Barron. Gli scrubber industriali a base di ammine devono essere riscaldati a 140 gradi Celsius per rilasciare l'anidride carbonica catturata; abbassare la temperatura farebbe risparmiare energia.
"Rispetto al costo dell'attuale ammina utilizzata, C-60 è caro, Barron ha ammesso. "Ma i costi energetici sarebbero inferiori perché avresti bisogno di meno per rimuovere l'anidride carbonica." Ha notato che gli scrubber industriali perdono ammine attraverso il riscaldamento, quindi devono essere costantemente riforniti. "Stanno aggiungendo reagenti per sempre, che è bello per le aziende che vendono ammina, ma non così buono per coloro che cercano di separare l'anidride carbonica."
I ricercatori stanno cercando modi per migliorare la capacità del composto e il tasso di assorbimento. "Comprendiamo davvero il meccanismo, che è importante, " ha detto Barron. "Questo ci permette di spingerci oltre."
L'autore principale Enrico Andreoli è un ex ricercatore post-dottorato di Rice e ora docente senior presso la Swansea University, Galles. I coautori sono l'ex studente laureato Eoghan Dillon, l'ex studentessa universitaria Laurie Cullum e il ricercatore senior Lawrence Alemany, tutto Riso. Barron è il professore di chimica Charles W. Duncan Jr.-Welch e professore di scienza dei materiali e nanoingegneria.
