Un contaminante tóxico producido por la quema de combustibles fósiles puede capturarse de la corriente de gases de escape y convertirse en productos químicos industriales útiles utilizando solo agua y aire gracias a un nuevo material avanzado desarrollado por un equipo internacional de científicos.

Nueva investigación dirigida por la Universidad de Manchester, ha desarrollado un material de estructura organometálica (MOF) que proporciona un Capacidad completamente reversible y repetible para capturar dióxido de nitrógeno (NO ₂ ), un contaminante tóxico del aire producido particularmente por el uso de diesel y biocombustibles. El no ₂ luego se puede convertir fácilmente en ácido nítrico, una industria multimillonaria con usos que incluyen, fertilizantes agrícolas para cultivos; propulsor de cohetes y nailon.

Los MOF son pequeñas estructuras tridimensionales que son porosas y pueden atrapar gases en su interior, actuando como jaulas. Los espacios vacíos internos en los MOF pueden ser enormes para su tamaño, solo un gramo de material puede tener una superficie equivalente a un campo de fútbol.

El mecanismo altamente eficiente en este nuevo MOF fue caracterizado por investigadores que utilizaron dispersión de neutrones y difracción de rayos X de sincrotrón en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía y el Laboratorio Nacional de Berkeley. respectivamente. El equipo también utilizó el Servicio Nacional de Espectroscopía de Resonancia Paramagnética Electrónica en Manchester para estudiar el mecanismo de adsorción de NO. ₂ en MFM-520. La tecnología podría conducir al control de la contaminación del aire y ayudar a remediar el impacto negativo que tiene el dióxido de nitrógeno en el medio ambiente.

Como en Química de la naturaleza , el material, llamado MFM-520, puede capturar dióxido de nitrógeno a presiones y temperaturas ambientales, incluso a bajas concentraciones y durante el flujo, en presencia de humedad, dióxido de azufre y dióxido de carbono. A pesar de la naturaleza altamente reactiva del contaminante, El MFM-520 demostró ser capaz de regenerarse completamente varias veces mediante la desgasificación o el tratamiento con agua en el aire, un proceso que también convierte el dióxido de nitrógeno en ácido nítrico.

"Este es el primer MOF que captura y convierte un tóxico, contaminante del aire gaseoso en un producto industrial útil ", dijo el Dr. Sihai Yang, autor principal y profesor titular del Departamento de Química de la Universidad de Manchester. "También es interesante que la tasa más alta de NO ₂ La captación por este MOF ocurre alrededor de los 45 grados centígrados, que se trata de la temperatura de los escapes de los automóviles ".

Profesor y vicepresidente y decano de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Manchester Martin Schröder, un autor principal del estudio, dijo:"El mercado mundial de ácido nítrico en 2016 fue de USD $ 2.5 mil millones, por lo que existe un gran potencial para que los fabricantes de esta tecnología MOF recuperen sus costos y se beneficien de la producción de ácido nítrico resultante. Sobre todo porque los únicos aditivos necesarios son el agua y el aire ".

Como parte de la investigación, Los científicos utilizaron espectroscopía de neutrones y técnicas computacionales en ORNL para caracterizar con precisión cómo el MFM-520 captura las moléculas de dióxido de nitrógeno.

"Este proyecto es un excelente ejemplo del uso de la ciencia de los neutrones para estudiar la estructura y la actividad de las moléculas en el interior de materiales porosos, "dijo Timmy Ramirez-Cuesta, coautor y coordinador de la iniciativa de química y catálisis de la Dirección de Ciencias Neutrónicas de la ORNL. "Gracias al poder de penetración de los neutrones, rastreamos cómo las moléculas de dióxido de nitrógeno se organizaron y se movieron dentro de los poros del material, y estudiaron los efectos que tenían en toda la estructura de MOF ".

"La caracterización del mecanismo responsable de la alta, absorción rápida de NO ₂ informará los diseños futuros de materiales mejorados para capturar los contaminantes del aire ", dijo Jiangnan Li, el primer autor y un Ph.D. estudiante de la Universidad de Manchester.

En el pasado, La captura de gases de efecto invernadero y tóxicos de la atmósfera fue un desafío debido a sus concentraciones relativamente bajas y porque el agua en el aire compite y, a menudo, puede afectar negativamente la separación de las moléculas de gas objetivo de otros gases. Otro problema fue encontrar una forma práctica de filtrar y convertir los gases capturados en útiles, productos de valor agregado. El material MFM-520 ofrece soluciones a muchos de estos desafíos.