Ученые нашли материал, который ловит CO₂ даже во влажном воздухе
Ученые ищут новые способы улавливать углекислый газ из промышленных выбросов, и одним из перспективных материалов оказался CALF-20 — пористый металлоорганический каркас на основе цинка.
Художественное изображение улавливания CO₂ из влажного газового потока с помощью CALF-20 — цинкового металло-органического каркаса. Также показан распад позитрония, который используется для исследования пустот в структуре материала. В этом процессе электрон и позитрон аннигилируют, порождая характерные гамма-лучи — их можно зафиксировать и изучить. Источник: B. Schröder/HZDR
Международная команда из Германии и Польши изучила его свойства и выяснила, почему он так хорошо справляется с этой задачей даже во влажных условиях, где другие материалы теряют эффективность.
Результаты опубликованы в издании Small.
Обычные адсорбенты вроде активированного угля или цеолитов либо требуют много энергии для регенерации, либо плохо работают при высокой влажности. CALF-20 же не только эффективно захватывает CO₂, но и почти не реагирует на воду, если влажность не превышает 40%. Это важно, потому что в реальных промышленных условиях газовые потоки редко бывают сухими.
Чтобы разобраться, как именно материал взаимодействует с CO₂, ученые использовали несколько методов:
- Позитронно-эмиссионную спектроскопию (PALS) — она показывает, как молекулы газа заполняют поры.
- Рентгеноструктурный анализ — он фиксирует изменения в кристаллической решетке.
- Газоадсорбционные эксперименты — они измеряют, сколько CO₂ может поглотить материал.
Оказалось, что молекулы CO₂ сначала скапливаются в центре пор, образуя упорядоченную структуру, и только потом прилипают к стенкам. При этом даже после заполнения остаются свободные участки, которые могут улучшать эффективность. А вот вода ведет себя иначе: при низкой влажности ее молекулы остаются изолированными, но если влажность растет, они начинают соединяться в сеть и мешать CO₂.
CALF-20 уже производят в промышленных масштабах, и это делает его хорошим кандидатом для реального применения. Но ученые продолжают исследовать его долговременную стабильность и способы интеграции в существующие системы.
Этот проект важен по нескольким причинам:
- Практическая ценность — CALF-20 уже можно использовать в промышленности, а значит, технология не останется в лаборатории.
- Фундаментальные открытия — ученые лучше поняли, как газы взаимодействуют с пористыми материалами, что поможет создавать новые MOF.
- Энергоэффективность — материал требует меньше энергии для регенерации, чем традиционные адсорбенты, что снижает затраты.
Хотя CALF-20 устойчив к влаге, его эффективность падает при высокой относительной влажности (выше 40%). В некоторых отраслях, например, в энергетике или металлургии, выбросы часто содержат больше воды, и там материал может работать хуже. Нужны дополнительные исследования, чтобы улучшить его свойства для таких условий.
Ранее ученые разработали технологию, которая поможет улавливать углекислый газ.
