Tohoku Universiteti tərəfindən

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Ditopik ODA və ASD bağlayıcıları ilə D3h-simmetrik HFPTP düyününün simmetriya ilə idarə olunan retikulyasiyasının sxematik təsviri, π ilə birləşdirilmiş 2D altıbucaqlı COF arxitekturalarına səbəb olur. Müəllif: Yuichi Negishi və digərləri

Karbon qazının (CO2 ₎ ayrılması təbii qazın təmizlənməsindən hidrogen istehsalına və karbonun idarə olunmasına qədər müxtəlif texnologiyalar üçün əsas yer tutur. Geniş istifadə edilən yanaşmalardan biri membran adlanan nazik filtr materiallarına əsaslanır. Lakin, bu membranlar böyük bir çətinliklə üzləşir: CO2-nin tez keçməsinə imkan verən materiallar _onu digər qazlardan ayırmaqda çox vaxt daha az təsirli olur, yüksək selektiv materiallar isə adətən CO2-nin axınını yavaşlatır _. Bu balanslaşdırma aktı keçiricilik-selektivlik kompromissi kimi tanınır.

Yeni membranlar uzun müddətdir mövcud olan limiti aşdı

Tohoku Universiteti və əməkdaşlıq edən qurumların tədqiqatçıları artıq bu məhdudiyyəti aradan qaldıran və 2008-ci il Robeson yuxarı həddini aşan müstəsna CO2 ayrılma performansına _nail olan heteroatomla hazırlanmış kovalent üzvi çərçivə (COF) əsaslı qarışıq matris membranları (MMM) sinfini hazırlayıblar. Bu, qaz ayrılma membranları üçün uzun müddətdir ki, performans həddi hesab edilən etalondur.

Əsər Amerika Kimya Cəmiyyətinin Jurnalında dərc olunub .

Yeni materiallar necə işləyir

Tədqiqatçılar bu irəliləyişə karbon qazı (CO2) ilə güclü qarşılıqlı təsir göstərmək üçün xüsusi olaraq hazırlanmış iki yeni məsaməli material dizayn etməklə nail oldular _. Bu materiallar polimer membranına əlavə edildi və burada həm CO2 molekullarını cəlb edən, həm də membrandan tez keçməsinə imkan verən yollar _yaradıldı .

Ən yaxşı performans göstərən membran, sürətli CO2 nəqlini metan və hidrogendən yüksək dəqiqliklə ayrılma ilə birləşdirərək _, bir çox ənənəvi membranın çatmaqda çətinlik çəkdiyi performans meyarını aşdı.

Niyə daha yaxşı CO₂ ayrılmasına ehtiyac var

Karbon qazının ayrılması təbii qazın təkmilləşdirilməsi, hidrogen təmizlənməsi və karbonun tutulması kimi sənaye sahələrində vacib bir prosesdir. Amin təmizlənməsi və kriogen ayrılması da daxil olmaqla mövcud texnologiyalar enerji tələb edir və əməliyyat baxımından daha çox enerjiyə qənaət edən membran əsaslı alternativlərin axtarışını stimullaşdırır.

Məsaməli doldurucuları polimer matrisləri ilə birləşdirən MMM-lər qaz ayırma performansını yaxşılaşdırmaq üçün perspektivli bir strategiya təklif edir. Bununla belə, əksər membranlar hələ də keçiricilik və selektivlik arasındakı daxili güzəştlə məhdudlaşır. Bu məhdudiyyəti aradan qaldırmaq üçün eyni zamanda selektiv adsorbsiyanı və sürətli molekulyar nəqliyyatı təşviq edə bilən materiallar tələb olunur.

Xüsusi COF-larla məsamə kimyasının zondlanması

COF-lar atom baxımından müəyyən edilmiş məsamə arxitekturasına və tənzimlənən kimyəvi funksionallığa malik kristal məsaməli polimerlərdir. Bununla belə, məsamə səthi kimyasının qaz nəqlinə necə təsir etdiyini sistematik şəkildə anlamaq çətin olaraq qalır, çünki kimyəvi funksionallıqdakı dəyişikliklər çox vaxt eyni vaxtda çərçivə topologiyasını və məsamə həndəsəsini dəyişdirir.

Tohoku Universitetinin Qabaqcıl Materiallar üzrə Çoxsahəli Tədqiqatlar İnstitutunun kiçik dosenti Dr. Saikat Das izah edir: “Məsamə kimyasının rolunu ayırmaq üçün yalnız heteroatom tərkibinə görə fərqlənən iki izostruktur COF hazırladıq. Bu, bizə molekulyar səviyyəli heteroatom mühəndisliyini membran səviyyəli qaz ayırma performansı ilə birbaşa əlaqələndirməyə imkan verdi.”

Komanda, tərkibində oksigen və ya kükürd olan kimyəvi komponentlərdən istifadə edərək iki oxşar məsaməli material, TUS-621 və TUS-622 hazırladı. Materiallar demək olar ki, eyni quruluşa malik olsa da, oksigenlə zəngin TUS-621 karbon qazına daha güclü cəlbedicilik göstərdi və qazın daha asan keçməsinə imkan verdi ki, bu da CO2 ayrılma performansını əhəmiyyətli dərəcədə _{yaxşılaşdırdı} .

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Performans testləri və molekulyar anlayışlar

Qarışıq qaz keçiriciliyi üzrə kompleks təcrübələr göstərdi ki, optimallaşdırılmış TUS-621/Pebax-10% membranı CO2/CH4 ayrılması üçün 2008-ci il Robeson yuxarı həddini aşmaqla yanaşı _, 30 _gün ərzində davamlı işləmə zamanı geniş təzyiq və temperatur diapazonlarında üstün ayrılma performansını da qoruyub saxlayır.

Hesablama tədqiqatları daha sonra göstərdi ki, CO2 molekulları ilə oksigenlə zəngin məsaməli mühitlər arasında daha güclü elektron əlaqə _{selektiv CO2} adsorbsiyası və nəqlinin gücləndirilməsində mühüm rol oynayır .

“Bu tədqiqat göstərir ki, strukturla idarə olunan COF-lar daxilində dəqiq heteroatom mühəndisliyi membran daşınması davranışını kökündən dəyişdirə bilər”, – deyə Qabaqcıl Materiallar üzrə Çoxsahəli Tədqiqatlar İnstitutundan Yuiçi Negişi bildirir.

“Biz inanırıq ki, bu strategiya praktik, enerjiyə qənaət edən karbon tutma və qaz ayırma texnologiyalarına doğru yeni bir yol açır.”

Nəşr detalları

Tsukasa Irie və digərləri, Heteroatom Mühəndisliyi ilə Yaradılmış Kovalent Üzvi Çərçivələr Qarışıq Matris Membranlarında CO2 Ayrılma Müqaviləsini Qırır _, Amerika Kimya Cəmiyyətinin Jurnalı (2026). DOI: 10.1021/jacs.5c23169

Jurnal məlumatı: Amerika Kimya Cəmiyyətinin Jurnalı 

Tohoku Universiteti tərəfindən təmin edilir