[ad_1]
Fuerte demanda de CO adaptable2 Sistemas de captura capaces de ofrecer soluciones eficientes en diferentes condiciones ambientales despiertan interés investigador en la reducción del CO atmosférico2.
Aprender: Investigación experimental y teórica del efecto de diferentes funcionalidades de compuestos de óxido de grafeno/polímero en la captura selectiva de CO2. Crédito: Dmitri Demidovich/Shutterstock.com
Un estudio reciente publicado en la revista Scientific Reports investiga la integración de óxido de grafeno (GO) y partículas poliméricas acuosas funcionalizadas para CO flexible2 aplicaciones de captura. El estudio también pretende construir un CO2 Tecnología de captura que es fácilmente escalable, asequible y beneficiosa para el medio ambiente.
Tecnologías de captura de carbono: ¿por qué son importantes?
El aumento significativo y continuo de los gases de efecto invernadero en el medio ambiente se ha convertido en una de las preocupaciones más fundamentales y persistentes en todo el mundo, ya que las fuentes de combustibles fósiles aún son baratas y las economías emergentes se encuentran en medio de la expansión económica. Dióxido de carbono (CO2) es un participante importante en el escenario del calentamiento global.
Aunque el CO mundial2 La capacidad de captura había llegado a 40 millones de toneladas para 2020, esto es irrelevante porque gigatoneladas de CO2 deben ser capturados cada año para tener un impacto significativo en el calentamiento global.
Mejora del CO2 Captar y reducir el calentamiento global se encuentran entre los problemas ambientales más desafiantes del siglo XXI.S tsiglo, ya que las soluciones de energía verde todavía están muy lejos de reemplazar los combustibles fósiles.
Esto crea un CO confiable, sensible y rentable2 El sistema de captura es fundamental para la sostenibilidad de nuestro ecosistema. La adsorción química o física, la filtración por membrana y la conversión enzimática han surgido como posibles CO2 métodos de adquisición.
Adsorbentes a base de grafeno para la captura de CO2
Muchos adsorbentes para CO2 Se han propuesto trampas, que incluyen materiales poliméricos porosos, complejos organometálicos, compuestos a base de alúmina y óxidos metálicos. Sin embargo, la mayoría de ellos tienen capacidades de adsorción limitadas, poca estabilidad térmica y poca selectividad en comparación con otros gases.
Los adsorbentes a base de carbono están emergiendo como una opción potencial para eliminar la mayoría de las desventajas asociadas con el CO2 captura. Esto se debe a que los adsorbentes a base de carbono tienen una gran capacidad de adsorción y requisitos de energía comparativamente bajos. Además, propiedades como la gran superficie, la estabilidad en la operación de reciclado y la cinética de adsorción rápida hablan de un CO prometedor.2 adsorbente de captura.
Entre los adsorbentes a base de carbono, el grafeno y sus compuestos se han explorado ampliamente para el CO comercial.2 Aplicaciones de captura por su mínimo coste de fabricación.
La introducción de polímeros conductores en las láminas de grafeno y la modificación de su superficie mejora sus propiedades fisicoquímicas y facilita su manipulación, haciendo que estas partículas compuestas sean más robustas y estables en procesos cíclicos como el CO2 captura.
Aspectos destacados del estudio actual
La química computacional ha demostrado ser una técnica eficaz en la ingeniería de materiales. En particular, los cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) pueden proporcionar una visión profunda de la dinámica entre CO2 y varias moléculas que brindan información importante sobre posibles nuevos adsorbentes para CO2 tecnologías de captura.
Aunque los compuestos de óxido de grafeno (GO)/polímero son materiales extremadamente intrigantes para aplicaciones comerciales, se han realizado pocas investigaciones sobre el impacto de las diferentes funcionalidades de los compuestos de GO/polímero en el CO selectivo.2 comprender, tanto experimental como teóricamente. Además, no hay referencia en la literatura al cálculo teórico de CO2 energías de enlace de adsorción.
Con las consideraciones anteriores en mente, los investigadores utilizaron la química cuántica en este trabajo para calcular la energía de enlace del CO2 con una variedad de compuestos GO/polímero. Se utilizaron simulaciones de la teoría funcional de la densidad (DFT) para estudiar las interacciones entre el CO2 y varios monómeros funcionales que incluyen clorhidrato de metacrilato de 2-aminoetilo (AEMH), metacrilato de hidroxietilo (HEMA), metacrilato de glicidilo (GMA) y sulfonato de 4-vinilbenceno de sodio (NaSS).
Los compuestos se diseñaron específicamente para proporcionar una base para las comparaciones con el conocimiento teórico. Los compuestos sintéticos se probaron experimentalmente para determinar su idoneidad para CO2 aplicaciones de captura.
Adsorción de CO2 y N2 de los compuestos GO/polímero funcionalizados. © Stankovic, B. et al. (2022)
Resultados importantes de la investigación.
Los cálculos mostraron que la energía de enlace para CO2 aumentó para los compuestos AEMH y GMA mientras que disminuyó para NaSS y HEMA. Este hallazgo sorprendente, en el que el GO no parece tener una influencia cooperativa, puede explicarse por un contacto extremadamente fuerte entre el material polimérico y el GO.
Estos cuatro compuestos también se han preparado experimentalmente, y su CO2 Se examinó el rendimiento de detección. El análisis teórico anticipó con precisión el CO2 Patrones de captura vistos experimentalmente.
Además, la discrepancia entre los hallazgos teóricos y reales en el caso del composite funcionalizado con HEMA resaltó la importancia del efecto morfológico. En resumen, este estudio demuestra que DFT puede ser un método valioso para evaluar polímeros funcionales para el diseño y la síntesis de nuevos CO2 materiales de registro.
Referencia
Stankovic, B. et al. (2022). Investigación experimental y teórica del efecto de diferentes funcionalidades de compuestos de óxido de grafeno/polímero en CO selectivo2 captura. Informes científicos. Disponible en: https://www.nature.com/articles/s41598-022-20189-5
[ad_2]