Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Các polymer in dấu amino acid như là vật liệu hút CO2 chọn lọc cao
Tóm tắt
Nồng độ CO2 trong khí quyển gần đây đã tăng lên đến 400 ppm, gây ra sự biến đổi khí hậu toàn cầu. Do đó, có một nhu cầu cấp thiết cho các công nghệ thu giữ CO2 có chọn lọc và hiệu quả về chi phí. Việc tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch trong quá trình sản xuất và vận chuyển năng lượng là hai nguồn chính phát thải CO2 vào khí quyển. Việc thu giữ CO2 một cách chọn lọc từ các hỗn hợp khí bằng cách sử dụng vật liệu hấp phụ tái sử dụng do đó là một thách thức. Trong bài báo này, chúng tôi báo cáo rằng các hạt nano được chức năng hóa với dấu ấn amino acid cho thấy sự gia tăng đáng kể trong khả năng hấp phụ CO2 chọn lọc trong một hỗn hợp khí. Việc in dấu phân tử taurine trong polymer vinylbenzyl chloride-co-divinyl benzene đã hình thành các khoảng trống có kích thước từ 1–3 nm và giới thiệu các nhóm chức năng –SOOH và –N–H, dẫn đến khả năng hấp phụ CO2 rất cao là 5.67 mmol g−1 tại 30 °C/1 bar. Tính selectivity của CO2 so với N2 và CH4 lần lượt là 87–91% và 83–87%. Nhiệt độ hấp phụ isosteric (Qst) cho CO2 ở 298 và 303 K cho thấy sự gia tăng của Qst từ 36.8 đến 47.6 K kJ mol−1, và điều này sẽ có trách nhiệm cho năng lượng hấp phụ CO2 cao và động học nhanh hơn. Nghiên cứu này báo cáo lần đầu tiên việc in dấu các mẫu ưa CO2 trong các polymer để thu giữ các phân tử khí nhỏ trong điều kiện môi trường, và các kết quả cho thấy rằng các polymer có phạm vi rộng cho các ứng dụng thực tế trong việc thu giữ CO2.
Từ khóa
#CO2 #thu giữ CO2 #polymer #amino acid #in dấu phân tửTài liệu tham khảo
Abanades JC, Rubin ES, Anthony EJ (2004) Sorbent cost and performance in CO2 capture systems. Ind Eng Chem Res 43:3462–3466. https://doi.org/10.1021/ie049962v
Abanades JC, Arias B, Lyngfelt A, Mattisson T, Wiley DE, Li H, Ho MT, Mangano E, Brandani S (2015) Emerging CO2 capture systems. Int J Green Gas Control 40:126–166. https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2015.04.018
Altarawneh S, Behera S, Jena P, El-Kaderi HM (2014) New insights into carbon dioxide interaction with benzimidazole-linked polymers. Chem Commun 50:3571–3574. https://doi.org/10.1039/C3CC45901B
Arab P, Parrish E, Islamoglu T, El-Kaderi HM (2015) Synthesis and evaluation of porous ago-linked polymers for carbon dioxide capture and separation. J Mater Chem A 3:20586–20594. https://doi.org/10.1039/C5TA04308E
Banerjee R, Furukawa H, Britt D, Knobler C, O’Keefee M, Yaghi OM (2009) Control of pore size and functionality in isoreticular zeolitic imidazolate frameworks and their carbon dioxide selective capture properties. J Am Chem Soc 131:3875–3877. https://doi.org/10.1021/ja809459e
Byun J, Je SH, Patel HA, Coşkun A, Yavuz CT (2014) Nanoporous covalent organic polymers incorporating Troger’s base functionalities for enhanced CO2 capture. J Mater Chem A 2:12507–12512. https://doi.org/10.1039/C4TA00698D
Carrasco-Martin F, Lopez-Ramon MV, Moreno-Castilla C (1993) Applicability of the Dubinin–Radushkevich equation to carbon dioxide adsorption on activated carbon. Langmuir 9:2758–2760. https://doi.org/10.1021/la00035a002
Chatterjee S, Rayalu S, Kolev SD, Krupadam RJ (2016) Adsorption of carbon dioxide on naturally occurring solid amino acids. J Environ Chem Eng 4(3):3170–3176. https://doi.org/10.1016/j.jece.2016.06.007
Choi HS, Suk MP (2009) Highly selective CO2 capture in flexible 3D coordination polymer networks. Angew Chem Int Ed 48:6865–6869. https://doi.org/10.1002/anie.200902836
Drage TC, Smith KM, Arenillas A, Snape CE (2009) Developing strategies for the regeneration of polyethylenimine based CO2 adsorbents. Energy Procedia 1:875–880. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2009.01.116
Edenhofer O (2011) The IPCC special report on renewable energy sources and climate change mitigation. IPCC working group III “mitigation of climate change”. The New School for Social Research, NY
Errahali M, Gatti G, Tei L, Paul G, Rolla GA, Canti L, Fraccarollo A, Cossi M, Comotti A, Sozzani P, Marchese L (2014) Microporous hyper-cross-linked aromatic polymers designed for methane and carbon dioxide adsorption. J Phys Chem C 118:28699–28710. https://doi.org/10.1021/jp5096695
Fontanals N, Marce RM, Borrull F, Cormack PAG (2015) Hypercrosslinked materials: preparation, characterization and applications. Polym Chem 6:7231–7244. https://doi.org/10.1039/C5PY00771B
Hudson MR, Queen WL, Mason JA, Fickel DW, Lobo RF, Brown CM (2012) Unconventional, highly selective CO2 adsorption in zeolite SSZ-13. J Am Chem Soc 134:1970–1973. https://doi.org/10.1021/ja210580b
Jagiello J, Olivier JP (2009) A simple two-dimensional NLDFT model of gas adsorption in finite carbon pores: application to pore structural analysis. J Phys Chem C 113:19382–19385. https://doi.org/10.1021/jp9082147
Krupadam RJ, Korde BA, Ashokkumar M, Kolev SD (2014) Novel molecularly imprinted polymeric microspheres for preconcentration and preservation of polycyclic aromatic hydrocarbons from environmental samples. Anal Bioanal Chem 406(22):5313–5321. https://doi.org/10.1007/s00216-014-7952-z
Li B, Duan Y, Leuke D, Morreale B (2013) Advances in CO2 capture technology: a patent review. Appl Energy 102:1439–1447. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.09.009
Liu S, Zhang Y, Jiang H, Wang X, Zhang T, Yao T (2018) High CO2 capture by amino-modified bio-spherical cellulose nanofibres aerogels. Environ Chem Lett 16:605. https://doi.org/10.1007/s10311-017-0701-8
Lu W, Yuan D, Sculley J, Zhao D, Krishna R, Zhou HC (2011) Sulfonate-grafted porous polymer networks for preferential CO2 adsorption at low pressure. J Am Chem Soc 133:18126–18129. https://doi.org/10.1021/ja2087773
Martin CF, Stockel E, Clowes R, Adams DJ, Cooper AI, Pis JJ, Rubiera F, Pevida C (2011) Hypercrosslinked organic polymer networks as potential adsorbents for pre-combustion CO2 capture. J Mater Chem 21:5475–5483. https://doi.org/10.1039/c0jm03534c
McDonald JL, Sykora RE, Hixon P, Mirjafari A, Davis JH Jr (2014) Impact of water on CO2 capture by amino acid ionic liquids. Environ Chem Lett 12:201. https://doi.org/10.1007/s13011-013-0435-1
Ohno K, Mandai Y, Matsuura H (1992) Vibrational spectra and molecular conformation of taurine and its related compounds. J Mol Struct 268:41–50. https://doi.org/10.1016/0022-2860(92)85058-O
Popp N, Homburg T, Stock N, Senker J (2015) Porous imine-based networks with protonated mine linkages for carbon dioxide separation from mixtures with nitrogen and methane. J Mater Chem A 3:18492–18504. https://doi.org/10.1039/C5TA02504D
Rabbani MG, Islamoglu T, El-Kaderi HM (2017) Benzothiazole-and benzoxazole-linked porous polymers for carbon dioxide storage and separation. J Mater Chem A 5:258–265. https://doi.org/10.1039/C6TA06342J
Salles G, Ghoufi A, Maurin G, Bell RG, Mellot-Draznieks C, Frey G (2008) Molecular dynamics simulations of breathing MOFs: structural transformations of MIL-53 (Cr) upon thermal activation and CO2 adsorption. Angew Chem Int Ed 47:8487–8491. https://doi.org/10.1002/anie.200803067
Sekizkardes AK, Altarawneh S, Kahveci Z, Islamoğlu T, El-Kaderi HM (2014) Highly selective CO2 capture by triazine-based benzimidazole-linked polymers. Macromolecules 47:8328–8334. https://doi.org/10.1021/ma502071w
Tan MXT, Zhang Y, Ying JY (2013) Mesoporous poly(melamine-formaldehyde) solid sorbent for carbon dioxide capture. Chem Sus Chem 6:1186–1190. https://doi.org/10.1002/cssc.201300107
Wahby A, Ramos-Fernandez JM, Martinez-Escandell M, Sepulveda-Escribano A, Silvestre-Albero J, Rodriguez-Reinoso F (2010) High surface area carbon molecular sieves for selective CO2 adsorption. Chem Sus Chem 3:974–981. https://doi.org/10.1002/cssc.201000083
Walton KS, Snurr RQ (2007) Applicability of the BET method for determining surface areas of microporous metal–organic frameworks. J Am Chem Soc 129:8552–8556. https://doi.org/10.1021/ja071174k
Wilmer CE, Farha OK, Bae YS, Hupp JT, Snurr RQ (2012) Structure-property relationships fo porous materials for carbon dioxide separation and capture. Energy Environ Sci 5:9849–9856. https://doi.org/10.1039/C2EE23201D
Wulff G (1995) Molecular imprinting in cross-linked materials with the aid of molecular templates—a way towards artificial antibodies. Angew Chem Int Eds 34:1812–1832. https://doi.org/10.1002/anie.199518121
Xu C, Hedin N (2014) Microporous adsorbents for CO2 capture—a case for microporous polymers. Mater Today 17:397–403. https://doi.org/10.1016/j.mattod.2014.05.007
Zhao Y, Shen Y, Bai L, Hao R, Dong L (2012) Synthesis and CO2 adsorption properties of molecularly imprinted adsorbents. Environ Sci Technol 46:1789–1795. https://doi.org/10.1021/es203580b
Zhu X, Do-Thanh CL, Murdock CR, Nelson KM, Tian C, Brown S, Mahurin SM, Jenkins DM, Hu J, Zhao B, Liu H, Dai S (2013a) Efficient CO2 capture by a 3D porous polymer derived from Troger’s base. ACS Macro Lett 2:660–663. https://doi.org/10.1021/mz4003485
Zhu Y, Long H, Zhang W (2013b) Imine-linked porous polymer frameworks with high small gas (H2, CO2, CH4, C2H2) uptake and CO2/H2 selectivity. Chem Mater 25:1630–1635. https://doi.org/10.1021/cm400019f