La investigación encuentra formas de eliminar el dióxido de carbono de las emisiones de las fábricas y crear productos útiles
enero 4, 2022El dióxido de carbono se puede recolectar de las chimeneas y usarse para crear químicos de valor comercial gracias a un nuevo compuesto desarrollado por una colaboración científica dirigida por un investigador de la Universidad Estatal de Oregon.
Publicado en Journal of Materials Chemistry A, el estudio muestra que la nueva estructura metálica orgánica, cargada con un químico industrial común, óxido de propileno, puede catalizar la producción de carbonatos cíclicos mientras expulsa CO2 de los gases de escape de la fábrica.
El dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero, proviene de la combustión de combustibles fósiles y es una de las principales causas del cambio climático. Los carbonatos cíclicos son una clase de compuestos de alto interés industrial, lo que significa que los resultados son un impulso para las iniciativas de economía verde porque muestran que productos útiles como electrolitos de batería y precursores farmacéuticos pueden derivarse del mismo proceso utilizado para limpiar las emisiones. de plantas de fabricación.
La nueva estructura orgánica metálica tridimensional a base de lantánidos, o MOF, también se puede utilizar para catalizar la producción cíclica de carbonato a partir de biogás, una mezcla de dióxido de carbono, metano y otros gases resultantes de la descomposición de materia orgánica.
Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción química sin sufrir cambios químicos permanentes, y los lantánidos son un grupo de metales blandos de color blanco plateado cuyas aplicaciones van desde gafas de visión nocturna hasta piedras de pedernal para encendedores.
Los ejemplos de lantánidos incluyen cerio, europio y gadolinio.
«Hemos dado un gran paso hacia la solución de un desafío crucial asociado con la esperada economía circular del carbono mediante el desarrollo de un catalizador eficaz», dijo el investigador de química Kyriakos Stylianou de OSU College of Science, quien dirigió el estudio. «Una clave para esto es comprender las interacciones moleculares entre los sitios activos en los MOF con moléculas potencialmente reactivas».
Un MOF es un híbrido inorgánico-orgánico, un material cristalino poroso que consiste en iones metálicos cargados positivamente rodeados por moléculas orgánicas «enlazadoras», en este caso metales lantánidos y enlazadores tetracarboxilato.
Los iones metálicos crean nudos que unen los brazos del enlazador para formar una estructura repetitiva que se asemeja a una jaula; la estructura tiene poros de tamaño nanométrico que absorben gases, similar a una esponja. Los MOF se pueden diseñar con una variedad de componentes, que determinan las propiedades del MOF.
Los materiales a base de lantánidos son generalmente estables debido al tamaño relativamente grande de los iones de lantánidos, dijo Stylianou, y esto también es cierto con los MOF de lantánidos, donde los metales ácidos forman enlaces fuertes con enlazadores, manteniendo los MOF estables en agua y altas temperaturas; esto es importante porque los gases de combustión y el biogás son calientes y húmedos.
Los MOF de lantánidos también son selectivos para el dióxido de carbono, es decir, no se ven afectados por la presencia de otros gases contenidos en las emisiones industriales y el biogás.
«Hemos observado que dentro de los poros, el óxido de propileno puede unirse directamente a los centros de cerio y activar interacciones para la cicloadición de dióxido de carbono», dijo Stylianou. «Utilizando nuestros MOF, que son estables después de múltiples ciclos de captura y conversión de dióxido de carbono, describimos la fijación de dióxido de carbono en el anillo epoxi de óxido de propileno para la producción de carbonatos cíclicos».
Los carbonatos cíclicos tienen una amplia gama de aplicaciones industriales, que incluyen disolventes polares, precursores de materiales de policarbonato como lentes para anteojos y discos digitales, electrolitos en baterías de litio y precursores para productos farmacéuticos.
«Estos son resultados muy emocionantes», dijo Stylianou. «Y poder usar dióxido de carbono directamente de fuentes impuras ahorra el costo y la energía de la separación antes de que pueda usarse para producir carbonatos cíclicos, lo que será una bendición para la economía verde».
David Le, Ryan Loughran e Isabelle Brooks de la Facultad de Ciencias colaboraron en esta investigación, al igual que científicos de la Universidad de Columbia y la Universidad de Cambridge.
La Facultad de Ciencias y OSU Honors College financiaron el estudio.
