Japonští vědci objevili, jak sedmkrát zvýšit účinnost zachycování CO2: Klíčem je velikost aniontů

Japonští vědci vyvinuli nový materiál pro zachycování oxidu uhličitého, který dokáže absorbovat výrazně více CO2 pouhou změnou velikosti svých protianiontů. Společný výzkumný tým z firem Nitto Boseki Co., Ltd.

Japonští vědci vyvinuli nový materiál pro zachycování oxidu uhličitého, který dokáže absorbovat výrazně více CO2 pouhou změnou velikosti svých protianiontů. Společný výzkumný tým z firem Nitto Boseki Co., Ltd. a Tohoku University zjistil, že pečlivě upravené polyiontové kapaliny (PILs) mohou po čištění a výměně aniontů dramaticky zlepšit adsorpční výkon CO2.

Výzkumníci uvedli, že nový materiál dosáhl až sedmkrát vyšší adsorpční kapacity CO2 ve srovnání s původní surovinou. Tato zjištění by mohla zásadně přispět ke zlepšení budoucích systémů pro zachycování uhlíku a membrán pro separaci plynů. Práce se zaměřuje na PILs na bázi diallyldimethylamonia, materiály známé pro kombinaci afinity k CO2 s vysokou stabilitou a zpracovatelností polymerů.

Zachycování oxidu uhličitého z průmyslových emisí zůstává jednou z hlavních technologických výzev při snižování emisí skleníkových plynů. PILs se ukázaly jako slibní kandidáti, protože dokážou selektivně interagovat s CO2 a zároveň zůstat stabilní v pevné formě. Vědci však upozornili, že konvenční syntetické metody zanechávají anorganické solné nečistoty, které narušují hodnocení výkonu a účinnost materiálu.

K řešení tohoto problému tým vyvinul proces čištění, který zcela odstranil zbytkové anorganické soli z PILs. Pomocí analýzy SEM-EDX vědci potvrdili odstranění chloru a dalších reakčních vedlejších produktů z finálních materiálů. Následně zkoumali, jak různé protianionty ovlivňují adsorpční chování CO2. Chloridové ionty nahradili třemi různými anionty s rostoucí velikostí: acetátem, thiokyanátem a trifluormethansulfonátem. Experimenty ukázaly, že větší anionty konzistentně zlepšovaly schopnost materiálu adsorbovat oxid uhličitý.

Podle studie dosáhl PIL s největším aniontem nejvyššího zachycení CO2, a to až sedmkrát více než neošetřený výchozí materiál. Tým se zaměřil konkrétně na poly(diallyldimethylamonium chlorid), známý také jako P[DADMA][Cl], kvůli jeho vysoké hustotě kladných nábojů. Vědci uvedli, že zbytkové kovové ionty z anorganických solí vznikajících během syntézy nebyly v dřívějších studiích plně prozkoumány. Tyto nečistoty mohly maskovat skutečné adsorpční schopnosti materiálů. Eliminací těchto kontaminantů byli vědci schopni pozorovat mnohem jasnější vztah mezi velikostí aniontů a adsorpčním výkonem CO2.

Studie také stanovuje možnou strategii návrhu pro budoucí materiály pro zachycování uhlíku. Namísto spoléhání se pouze na novou polymerní chemii mohou inženýři zlepšit výkon přesným laděním velikosti aniontů a úrovně čistoty. Kromě zařízení pro zachycování uhlíku by tato zjištění mohla podpořit také vývoj pokročilých membrán pro separaci plynů pro průmyslové použití. Vědci věří, že tento přístup může pomoci zlepšit technologie zaměřené na zachycování atmosférického oxidu uhličitého i emisí z továren a elektráren. Studie byla publikována v časopise Reaction Chemistry & Engineering.