Kalifornian yliopiston tutkijat ovat kehittäneet tätä materiaalia, jota kutsutaan nimellä COF-999. Sen hiilidioksidin adsorptiokyky on poikkeuksellinen, ja se on samalla vakaa ja kestävä.
Uusi huokoisa materiaali, joka mahdollistaa hiilidioksidin vangitsemisen, nimeltään kovalenttinen orgaaninen rakenne (COF), sisältää kuusikulmaisia kanavia, jotka on koristeltu polyamiineilla, jotka sitovat tehokkaasti hiilidioksidimolekyylejä (siniset ja oranssit pallot) ympäristössä esiintyviin pitoisuuksiin.
Kuva: Chaoyang Zhao
Hiilidioksidi on yksi tärkeimmistä ilmastonmuutoksen aiheuttajista. Vaikka päästöjen vähentäminen on olennaista, tämän kaasun poistaminen suoraan ilmakehästä on tullut välttämättömäksi.
Perinteiset materiaalit, kuten MOF (metalli-orgaaniset kehykset), jotka on suunniteltu hiilidioksidin talteenottoon, osoittautuvat lupaaviksi. Kuitenkin niiden kestävyys rajoittuu useiden regenerointisykleiden jälkeen, mikä heikentää niiden teollista tehokkuutta.
COF-999 perustuu vahvoihin kovalenttisiin sidoksiin (hiili-hiili ja hiili-typpi), mikä tekee siitä kestävämmän. Nämä sidokset tunnetaan erinomaisesta lämpö- ja kemiallisesta kestävyydestään.
Materiaali toimii sitomalla hiilidioksidia sen huokosiin. Se voi vangita noin 400 osaa miljoonasta hiilidioksidia alle kahdessa tunnissa. Lisäksi sen regenerointi vaatii vähemmän energiaa kuin muut vastaavat materiaalit.
Tekoäly voisi edelleen parantaa tätä teknologiaa optimoimalla COF-999:n rakennetta. Tämä materiaali voisi tulevaisuudessa olla käytettävissä laajamittaisesti suoran hiilidioksidin talteenottotehtaissa.
Vaikka taloudellisia haasteita on edelleen, tutkijatiimi uskoo, että tämä uusi materiaali voisi olla merkittävä edistysaskel ilmastonmuutoksen torjunnassa.
Mikä on metalli-orgaaninen kehys (MOF)?
Metalli-orgaaninen kehys (MOF) on hybridimateriaali, joka koostuu metallisista solmuista, jotka on yhdistetty orgaanisilla sidoksilla. Tämä rakenne luo sisäisiä kammioita, jotka pystyvät vangitsemaan ja varastoimaan erityisiä molekyylejä, kuten hiilidioksidia. MOF:it ovat laajalti käytössä niiden suuren sisäpinnan ja kemiallisen joustavuuden vuoksi.MOF:it ovat erityisen tehokkaita kaasujen talteenotossa niiden kyvyn vuoksi adsorboida molekyylejä huokosiinsa. Tämä tarkoittaa, että kaasut kiinnittyvät materiaalin sisäpintaan ilman merkittäviä kemiallisia reaktioita.
Mikä on kovalenttinen orgaaninen kehys (COF) ja miten se auttaa hiilidioksidin talteenotossa?
Kovalenttiset orgaaniset kehykset (COF) ovat huokoisia kiteisiä rakenteita, jotka muodostuvat vahvoista sidoksista hiili- ja typpiatomien välillä. Nämä sidokset antavat niille suuren kemiallisen ja lämpötilan kestävyyden, mikä on olennaista äärimmäisissä olosuhteissa, kuten kosteudessa tai kuumuudessa.Niiden sisäinen rakenne on suunniteltu maksimoimaan käytettävissä oleva pinta-ala kaasujen absorboimiseksi. COF-999:n tapauksessa huokoset on vuorattu amiineilla, yhdisteillä, jotka reagoivat erityisesti hiilidioksidin kanssa, mahdollistaen tämän kaasun tehokkaan talteenoton ympäröivästä ilmasta.
Verrattuna muihin talteenottomateriaaleihin, COF:illa on etuna, että se vaatii vähemmän energiaa regenerointiin ja tarjoaa paremman kestävyyden. Tämä tekee siitä lupaavan ehdokkaan laajamittaisiin teollisiin sovelluksiin ilmastonmuutoksen torjunnassa.
COF:ien kiteinen rakenne tarjoaa säännöllisen järjestelyn mikroskooppisista huokosista, mikä maksimoi käytettävissä olevan pinta-alan kaasujen, kuten hiilidioksidin, adsorboimiseksi. Tämä tarkka arkkitehtuuri mahdollistaa tehokkaamman ja valikoivamman hiilidioksidin talteenoton.
Säätelemällä huokosten kokoa ja muotoa COF:issa on mahdollista optimoida niitä erityisiin sovelluksiin, kuten hiilidioksidin talteenottoon ilmasta. Tämä tekee niistä muunneltavia ja sopeutettavia materiaaleja, jotka soveltuvat erilaisiin teollisiin olosuhteisiin.