Prevenir o dióxido de carbono (CO2) antes de entrar na atmosfera é uma forma fundamental de reduzir as emissões de gases com efeito de estufa. Embora a captura de carbono já exista há anos, não foi amplamente adotada porque a maioria dos sistemas é dispendiosa e ineficiente. Um método industrial comum é a lavagem aquosa com aminas, que requer o aquecimento de grandes volumes de líquido acima de 100 °C para liberar CO preso.2 e reutilizar a solução. Esta elevada procura de energia aumenta os custos operacionais e dificulta a utilização em larga escala.
Os materiais sólidos de carbono estão ganhando atenção como uma opção mais prática. Esses materiais são relativamente baratos e possuem grandes áreas de superfície que podem capturar dióxido de carbono.2. Eles também podem liberar gás usando menos calor, especialmente quando contêm grupos funcionais à base de nitrogênio. No entanto, há uma limitação importante. Os métodos tradicionais de fabricação distribuem aleatoriamente esses grupos de nitrogênio por todo o material, dificultando a determinação de qual arranjo específico leva a um melhor desempenho.
Para enfrentar este desafio, uma equipe de pesquisa liderada por Yasuhiro Yamada, professor associado da Escola de Pós-Graduação em Engenharia da Universidade de Chiba, Japão, e Tomonori Ohba, professor associado da Escola de Pós-Graduação em Ciências da Universidade de Chiba, Japão, desenvolveu um novo material de carbono chamado “viciazita”. Esses materiais são projetados com grupos de nitrogênio localizados próximos uns dos outros de maneira controlada. A pesquisa está publicada na revista carbonode coautoria do Sr. Kota Kondo, também da Universidade de Chiba.
Construção de chabazita usando emparelhamento controlado de nitrogênio
Os pesquisadores criaram três versões diferentes de chabazita, cada uma com um tipo único de configuração de nitrogênio adjacente. Produz grupo amina primária adjacente (-NH2 grupo), eles primeiro aqueceram um composto chamado corona, depois o trataram com bromo e depois com amônia. Este método de três etapas alcançou 76% de seletividade, o que significa que a maioria dos átomos de nitrogênio estava nas posições esperadas.
Dois outros materiais foram produzidos usando diferentes compostos de partida. Um tem um nitrogênio pirrol adjacente e tem uma seletividade de 82%, enquanto o outro tem um nitrogênio piridínico adjacente e tem uma seletividade de 60%.
Verifique a estrutura e teste o desempenho
Cada material foi aplicado a fibras de carbono ativadas para criar amostras utilizáveis. A equipe de pesquisa utilizou técnicas como espectroscopia de ressonância magnética nuclear, espectroscopia de fotoelétrons de raios X e modelagem computacional para confirmar a localização precisa do grupo nitrogênio. Esses métodos verificaram que os átomos de nitrogênio foram colocados lado a lado e não distribuídos aleatoriamente.
Quando testados, esses materiais mostraram diferenças claras de desempenho. Amostras com grupos -NH2 adjacentes e nitrogênio pirrol capturaram mais CO2 do que a fibra de carbono não tratada. Em contraste, houve pouca melhoria na configuração do nitrogênio da piridina.
CO de baixa temperatura2 A liberação pode reduzir o uso de energia
As descobertas mais notáveis envolvem a facilidade com que o material libera dióxido de carbono2. “A avaliação de desempenho mostra que em materiais de carbono com grupos NH2 adjacentes, a maior parte do CO adsorvido2 Dessorve em temperaturas abaixo de 60 °C. Ao combinar esta propriedade com o calor residual industrial, é possível obter um processo eficiente de captura de dióxido de carbono e, ao mesmo tempo, reduzir significativamente os custos operacionais”, enfatizou o Dr. Yamada.
Materiais contendo nitrogênio pirrol requerem temperaturas mais altas para liberar CO2mas devido à sua estrutura química mais forte, pode proporcionar melhor estabilidade a longo prazo.
Uma nova abordagem para a captura de carbono com boa relação custo-benefício
Este trabalho mostra que os grupos de nitrogênio podem ser organizados de forma confiável em padrões adjacentes específicos, fornecendo uma estratégia clara para projetar materiais melhorados de captura de carbono. “Nossa motivação é contribuir para a sociedade futura e aproveitar as vantagens de nossos materiais de carbono estruturalmente controlados recentemente desenvolvidos. Este trabalho fornece uma rota comprovada para sintetizar materiais de carbono dopados com nitrogênio, fornecendo o controle em nível molecular necessário para desenvolver dióxido de carbono avançado de próxima geração e com boa relação custo-benefício. “2 tecnologia de captura”, concluiu o Dr. Yamada.
Além da captura de CO22Devido às suas propriedades de superfície personalizáveis, esses materiais de chabazita também podem ser usados em outras aplicações, incluindo a remoção de íons metálicos ou como catalisadores.
Financiamento e apoio
Este trabalho foi apoiado por doações da Fundação Mukai para Ciência e Tecnologia, da Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência (JSPS KAKENHI número de concessão JP24K01251) e da concessão do Ministério da Educação, Cultura, Esportes, Ciência e Tecnologia “Infraestrutura de Pesquisa Avançada para Materiais e Nanotecnologia (ARIM) no Japão” número JPMXP1225JI0008.
