Moléculas de carbono 60, también conocido como buckyballs, se combinaron con aminas en un compuesto que absorbe una quinta parte de su peso en dióxido de carbono. Muestra potencial como material ecológico para capturar carbono de pozos de gas natural y plantas industriales. Cortesía del Barron Research Group
(Phys.org) —Científicos de la Universidad de Rice han descubierto un método de captura de carbono ecológico que podría ser igualmente hábil para extraer emisiones de dióxido de carbono de los gases de combustión industriales y los pozos de gas natural.
El laboratorio de Rice del químico Andrew Barron reveló en un estudio de prueba de concepto que los compuestos ricos en amina son altamente efectivos para capturar el gas de efecto invernadero cuando se combinan con moléculas de carbono 60.
La investigación es el tema de un artículo de acceso abierto hoy en la revista en línea de Nature. Informes científicos .
"Teníamos dos goles, "Dijo Barron." Una era hacer que el compuesto fuera 100 por ciento selectivo entre el dióxido de carbono y el metano a cualquier presión y temperatura. El otro era reducir la alta temperatura que necesitan otras soluciones de amina para hacer que el dióxido de carbono vuelva a salir. Hemos tenido éxito en ambos aspectos ".
Las pruebas de una a 50 presiones atmosféricas mostraron que el compuesto de Rice capturó una quinta parte de su peso en dióxido de carbono, pero no una cantidad medible de metano. Barron dijo, y el material no se degradó durante muchos ciclos de absorción / desorción.
Carbono-60, La molécula con forma de balón de fútbol también conocida como buckminsterfullereno (o "buckyball") fue descubierta en Rice por los premios Nobel Richard Smalley. Robert Curl y Harold Kroto en 1985. La curvatura máxima de las buckybolas puede convertirlas en la mejor forma posible de unir moléculas de amina que capturan dióxido de carbono pero permiten el paso del metano deseable.
El laboratorio de Rice utilizó buckyballs como reticulantes entre aminas, moléculas a base de nitrógeno extraídas de polietilenimina. El laboratorio produjo un marrón, material esponjoso en el que buckyballs hidrofóbicas (que evitan el agua) forzaron las aminas hidrofílicas (que buscan agua) al exterior, donde el dióxido de carbono que pasa podría unirse al nitrógeno expuesto.
Polietilenimina (PEI) con 60 átomos de carbono, también conocido como buckminsterfullerenes, forman un compuesto marrón esponjoso que absorbe una quinta parte de su peso en dióxido de carbono, pero no una cantidad medible de metano. Eso puede hacer que sea adecuado para capturar dióxido de carbono en los pozos y de los gases de combustión industriales. Cortesía del Barron Research Group
Cuando Barron y su equipo comenzaron a combinar carbonos y aminas hace varios años, notaron una progresión interesante:el grafeno plano absorbía bien el dióxido de carbono, los nanotubos de paredes múltiples lo absorbieron mejor, y nanotubos de pared simple más delgados incluso mejor. "Eso sugirió que la curvatura era importante, "Barron dijo." C-60, siendo una esfera, tiene la curvatura más alta posible entre los materiales de carbono ".
Dijo que el compuesto de Rice se comparó favorablemente con otros candidatos de captura de carbono basados en estructuras de metal orgánico (MOF). "Es equivalente a los mejores MOF para la captura de carbono, pero nuestro material es mucho más selectivo. El metano simplemente no absorbe ", Dijo Barron. A diferencia de los MOF, señaló que el compuesto de arroz absorbía dióxido de carbono tanto húmedo como seco.
Barron dijo que es igualmente importante que el compuesto libere dióxido de carbono de manera eficiente para su reutilización. "Notamos hace mucho tiempo que si uníamos aminas a nanotubos de carbono o grafeno, bajaron la temperatura a la que se disuelve el dióxido de carbono, "Dijo Barron. Los depuradores industriales a base de aminas deben calentarse a 140 grados Celsius para liberar el dióxido de carbono capturado; bajar la temperatura ahorraría energía.
"En comparación con el costo de la amina utilizada actualmente, C-60 es caro, "Admitió Barron." Pero los costos de energía serían más bajos porque se necesitaría menos para eliminar el dióxido de carbono ". Señaló que los depuradores industriales pierden aminas a través del calentamiento, por lo que deben reponerse constantemente. "Siempre están agregando reactivo, lo cual es bueno para las empresas que venden aminas, pero no tan bueno para quienes intentan separar el dióxido de carbono ".
Los investigadores están buscando formas de mejorar la capacidad y la tasa de absorción del compuesto. "Realmente entendemos el mecanismo, lo cual es importante, ", Dijo Barron." Eso nos permite llevarlo más lejos ".
El autor principal Enrico Andreoli es un ex investigador postdoctoral de Rice y ahora es profesor titular en la Universidad de Swansea. Gales. Los coautores son el ex estudiante de posgrado Eoghan Dillon, la alumna de pregrado Laurie Cullum y el científico investigador senior Lawrence Alemany, todo Rice. Barron es profesor de química Charles W. Duncan Jr.-Welch y profesor de ciencia de materiales y nanoingeniería.
