Органические карткасы помогают решать важные экологические проблемы, такие как хранение энергии и борьба с загрязнением окружающей среды. Например, их можно применять для обезвреживания «вечных химикатов» или пер- и полифторалкильных веществ (PFAS).

В журнале ACS Applied Materials and Interfaces опубликована статья инженера-химика Рафаэля Вердуско из Райса и его команды. В ней описан новый способ синтеза высококачественных COF, который отличается низкой стоимостью, высокой производительностью и универсальностью. Для синтеза используется многопоточный микрореактор и точная калибровка процесса ввода-вывода.

Мы создали систему непрерывного производства, в которой ингредиенты смешиваются и реагируют непрерывным потоком. Это похоже на мини-завод на лабораторном столе, — рассказала Сафия Халил, выпускница докторантуры Райса и первый автор исследования.

Один из полученных COF лучше расщепляет перфтороктановую кислоту (PFOA), чем те, которые были получены другими методами. А PFOA связана с рядом рисков для здоровья, включая рак и репродуктивную функцию.

Это открытие может помочь в разработке более чистых и эффективных технологий удаления загрязнений, считает профессор и доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии в Райсе Вердузко, который является автором-корреспондентом исследования.

COF — это кристаллические полимеры, состоящие из повторяющихся единиц. Они похожи на губки и имеют пористую структуру с большой площадью поверхности. Эти особенности позволяют использовать их в разных областях: полупроводниках, сенсорах, доставке лекарств и фильтрации.

Однако массовое производство таких материалов ограничено из-за высокой стоимости процесса. Халил, получившая степень доктора философии в области химической и биомолекулярной инженерии, надеется, что новый метод упростит и ускорит производство COF.

Исследователи из Райса предложили новый метод, который похож на изготовление печенья небольшими партиями на заказ. В отличие от предыдущих подходов, он объединяет непрерывный синтез и обработку двух разных химикатов. Это позволяет получать более разнообразные макроскопические форматы COF.

Халил отмечает преимущества этого метода: процесс быстрее, потребляет меньше энергии и позволяет лучше контролировать конечный продукт.

Традиционный синтез COF требует высоких температур, давления и токсичных органических растворителей, поэтому его сложно использовать в производстве.

Исследователи разработали стратегию проточного синтеза, которая позволяет ускорить производство COF и создать материал с превосходной кристалличностью.

Новый метод имеет практическое преимущество: один из синтезированных COF эффективно расщепляет «вечный химикат». Процесс распада происходит при комнатной температуре и активируется светом.

COF — это мощные губки со встроенными «двигателями солнечного света». Они могут расщеплять вредные химические вещества быстрее, чем существующие методы, — говорит Халил.

Один из синтезированных нами COF эффективнее расщепляет PFOA, чем традиционные материалы, например диоксид титана, который часто используют как фотокатализатор для борьбы с загрязнением.