Redes interactivas para capturar gas con alta selectividad
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Redes interactivas para capturar gas con alta selectividad

Jun 07, 2023

Los investigadores desarrollaron un nuevo material poroso flexible que abre compuertas y adsorbe únicamente dióxido de carbono entre varias moléculas de gas similares. CRÉDITO: Mindy Takamiya/Universidad de Kyoto iCeMS

Por revisión de Eurasia

"Nuestro trabajo demuestra un reconocimiento excepcional de moléculas y un rendimiento de separación organizando deliberadamente la geometría de los poros, la flexibilidad estructural y los sitios de unión a nivel molecular dentro de un polímero de coordinación poroso (PCP)", dice el químico Susumu Kitagawa, líder del equipo de investigación del Instituto de la Universidad de Kioto. para Ciencias Integradas del Material Celular.

Los PCP, también conocidos como estructuras organometálicas (MOF), tienen iones metálicos o grupos unidos por grupos enlazadores orgánicos (a base de carbono). Elegir diferentes componentes metálicos y ajustar el tamaño y la estructura de los grupos orgánicos puede crear una gran variedad de materiales cristalinos que contienen poros con tamaños, estructuras y capacidades de unión química finamente controlados. Sin embargo, el nuevo trabajo va más allá: los poros se adaptan cuando las moléculas deseadas se unen a ellos.

"Diseñamos un PCP flexible con un sistema de canales corrugados que puede interactuar con las moléculas de CO2 y adsorberlas abriendo selectivamente poros que actúan como puertas, permitiendo que sólo el CO2 pase a través", dice Ken-ichi Otake, también del equipo de Kioto. Captar CO2 es particularmente difícil, explica, debido al tamaño relativamente pequeño de la molécula y a su baja afinidad por muchos materiales adsorbentes.

El término técnico para lo que logra la interacción entre el CO2 y el PCP es activación de discriminación por exclusión. Esto significa que la unión de las moléculas elegidas como objetivo de extracción, en este caso CO2, inicia un cambio estructural sinérgico que mejora la unión y abre la estructura de la fase sólida para permitir la entrada de la molécula unida.

El equipo demostró el poder de su sistema usándolo para recolectar CO2 de mezclas que contienen muchas moléculas de importancia industrial, incluyendo nitrógeno, metano, monóxido de carbono, oxígeno, hidrógeno, argón, etano, eteno y etino.

El proceso es significativamente más eficiente energéticamente que las opciones existentes, durante un ciclo completo de captura y regeneración selectiva de gas. Esto podría ser importante para el desarrollo de tecnologías de separación de gases más sostenibles que puedan respaldar procesos industriales con bajas emisiones de carbono. La eficiencia energética también será vital para cualquier esfuerzo de ingeniería climática a gran escala para extraer dióxido de carbono de la atmósfera. Estas no serán opciones prácticas si requieren la generación de grandes cantidades de energía para impulsar el ciclo de extracción, liberación y almacenamiento.

"A partir de este éxito inicial, se espera que las investigaciones futuras logren avances más versátiles en una amplia gama de procesos de extracción selectiva de gases", afirma el investigador postdoctoral Yifan Gu, primer autor del informe de investigación.