Blandet og matchet:Integrering af metal-organiske rammer i polymerer til kuldioxidadskillelse

En af menneskehedens største udfordringer lige nu er at reducere vores emissioner af drivhusgasser til atmosfæren. Forskningsgrupper verden over forsøger at finde måder til effektivt at adskille kuldioxid (CO ₂ ) fra blandingen af ​​gasser, der udsendes fra industrianlæg og kraftværker. Blandt de mange strategier til at opnå dette, membranseparation er en attraktiv, billig mulighed; det indebærer at bruge polymermembraner, der selektivt filtrerer CO ₂ fra en blanding af gasser.

Nylige undersøgelser har fokuseret på at tilføje små mængder metal-organiske rammer (MOF'er) til polymermatricer for at forbedre deres egenskaber. MOF'er er forbindelser fremstillet af et metallisk center bundet til organiske molekyler på en meget velordnet måde, fremstilling af porøse krystaller. Når det tilføjes til polymermembraner, MOF'er kan forbedre deres gasseparationsydelse samt deres stabilitet og tolerance over for barske forhold. Imidlertid, et af hovedproblemerne ved integration af MOF'er i polymermembraner er at finde kompatible forbindelser med gunstige interaktioner, såsom kovalente bindinger. Desværre, dem, der er blevet prøvet, kræver meget dyr syntese og materialer.

For at løse dette problem, et internationalt team af forskere har for nylig gennemført en undersøgelse, der blev offentliggjort i ACS -anvendte materialer og grænseflader . Anført af professor Tae-Hyun Kim fra Incheon National University, Korea, forskerne fokuserede på at inkorporere en zirkoniumbaseret MOF kaldet 'UiO-66' i en multi-polymer matrix, de tidligere havde udviklet. De opnåede dette ved at ændre MOF'erne, så de let ville danne kovalente bindinger med hovedstrengene i polymermatrixen.

Forskerne syntetiserede UiO-66-NB, som er UiO-66 med norbornene enheder, et lille organisk molekyle. Gennem en simpel synteseproces, norbornene -enheder kan blive led i matrixens hovedpolymerkæder. På denne måde, norbornen i UiO-66-NB inkorporerer MOF'erne i matricen, som professor Kim forklarer, "I stedet for blot at blande MOF'erne og polymererne, vi fandt en ny og effektiv metode til at inkorporere MOF'er i polymermatrixen via kovalente bindinger; dette styrker interaktionerne ved grænsefladerne mellem begge forbindelser og skaber defektfrie polymermatricer. "

Karakteristika og ydeevne for de MOF-fyldte polymermembraner var fremragende:deres permeabilitet over for CO ₂ blev forbedret uden væsentligt at gå på kompromis med selektiviteten. Deres CO ₂ /N ₂ separationsydelse nærmede sig det teoretiske Robeson øvre grænsesæt i 2019. Derudover membranerne var ikke kun bemærkelsesværdigt tolerante over for barske forhold såsom højtryk eller temperaturskift, men også meget stabil over lange perioder på næsten et år.

Disse præstationer er et skridt i den rigtige retning mod at fjerne de barrierer for kommercialisering, som disse polymermembraner står over for til industrielle applikationer. Er spændt på resultaterne, Professor Kim bemærker, "Vi mener, at vores fund vil åbne op for nye strategier til vurdering af potentielle grænseflader mellem MOF'er og polymermatricer til højtydende gasseparation."

Lad os håbe, at denne teknologi bliver ved med at udvikle sig, så vi kan beholde overskydende CO ₂ væk fra vores atmosfære!