Nul til helten:Overset materiale kan hjælpe med at reducere vores CO2-fodaftryk

Det er nu velkendt, at kuldioxid er den største bidragyder til klimaændringer og stammer primært fra afbrænding af fossile brændstoffer. Mens der er igangværende bestræbelser rundt om i verden for at stoppe vores afhængighed af fossile brændstoffer som energikilder, løftet om grøn energi ligger stadig i fremtiden. Kan der gøres noget i mellemtiden for at reducere koncentrationerne af CO ₂ i atmosfæren?

Det ville, faktisk, være fantastisk, hvis CO ₂ i atmosfæren kunne simpelthen adsorberes. Viser sig, dette er præcis hvad direkte luftindfangning (DAC), eller opsamling af CO ₂ under omgivende forhold, har til formål at gøre. Imidlertid, intet sådant materiale med evnen til at adsorbere CO ₂ effektivt under DAC-forhold er hidtil blevet udviklet. "Det er velkendt, at CO ₂ er sur i naturen. Derfor, materialer med grundlæggende karakter anvendes generelt som adsorbenter for CO ₂ . Imidlertid, som ofte fører til korrosion af systemet og heller ikke er egnet til genanvendelse af den adsorberede CO ₂ , " forklarer professor Yasushige Kuroda fra Okayama University, Japan, der forsker i overfladekemi.

På denne baggrund, i en nylig undersøgelse offentliggjort i Journal of Materials Chemistry A , videnskabsmænd fra Okayama University og Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI) ledet af Prof. Kuroda udforskede adsorptionsegenskaberne af et materiale, der hidtil er forblevet en "underdog":zeolitter (mineraler, der hovedsageligt indeholder aluminium og siliciumoxider). "Zeolitmaterialer har fået lidt opmærksomhed som adsorbenter på grund af deres lave CO ₂ adsorptionskapacitet ved stuetemperatur og i adsorptionsområdet med lavere tryk, samt deres ringe selektivitet over nitrogen, " siger prof. Kuroda.

I deres undersøgelse, Prof. Kuroda og hans team designede en ionbyttermetode for zeolit ​​med jordalkali-ioner og opnåede en bemærkelsesværdig høj CO ₂ adsorption under omgivende forhold. Holdet valgte specifikt en A-type zeolit ​​(silicium/aluminium-forhold på 1) på grund af dens passende porestørrelse til at adsorbere CO ₂ , mens jordalkali-ionbytningen gav en stor elektrisk feltstyrke, angiveligt, fungerede som en drivkraft for adsorptionen. Forskere valgte en dobbeltladet calciumion (Ca ²⁺ ) som udvekslingsion, da det tillod den største mængde adsorption. Faktisk, det noterede adsorberede volumen var den største mængde CO ₂ nogensinde at være blevet adsorberet af et zeolitsystem, overgå det for andre materialer under lignende forhold!

For at undersøge den underliggende adsorptionsmekanisme, forskerne udførte langt-infrarøde (far-IR) målinger og understøttede dem med density functional theory (DFT) beregninger. Fjern-IR-spektrene, som detekterede vibrationstilstandene på grund af Ca ²⁺ - Zeolit ​​vibrationer, viste et tydeligt skift mod længere bølgelængder efter CO ₂ adsorption, en funktion, forskerne ikke kunne genkende i andre prøver, f.eks. Na-ionbyttet A-type zeolit. De bekræftede yderligere deres observation med en model, der viste god overensstemmelse med DFT-beregninger.

I øvrigt, forskerne var i stand til fuldstændigt at desorbere den adsorberede CO ₂ og genvinde den originale prøve og dens specifikke adsorptionsegenskaber. Ud over, prøven viste en overlegen selektiv adsorption af CO ₂ fra andre gasser, efter at forskerne undersøgte udskillelsen af ​​CO ₂ ved hjælp af en modelgas, der emulerede omgivende luft i sin sammensætning.

Resultaterne bringer således zeolitter frem som en effektiv adsorbent af CO ₂ under omgivende forhold, en bedrift, man tidligere troede var uopnåelig med disse systemer. "Vores arbejde kan åbne døre til potentielt nye anvendelser af zeolitter, såsom ved rensning af luft inde i semi-lukkede rum, inklusive rumfærger, ubåde, og koncertsale, og som et adsorberende materiale i anæstesiprocessen, " spekulerer prof. Kuroda.

En ting er sikkert, dog:kemikere vil aldrig se på zeolit ​​på samme måde igen.