Een van de grootste uitdagingen van de mensheid op dit moment is het verminderen van onze uitstoot van broeikasgassen in de atmosfeer. Wereldwijd zoeken onderzoeksgroepen naar manieren om koolstofdioxide (CO .) efficiënt te scheiden ₂ ) uit het mengsel van gassen dat wordt uitgestoten door industriële installaties en elektriciteitscentrales. Onder de vele strategieën om dit te bereiken, membraanscheiding is een aantrekkelijke, goedkope optie; het gaat om het gebruik van polymeermembranen die selectief CO . filteren ₂ uit een mengsel van gassen.

Recente studies hebben zich gericht op het toevoegen van kleine hoeveelheden metaal-organische raamwerken (MOF's) aan polymeermatrices om hun eigenschappen te verbeteren. MOF's zijn verbindingen gemaakt van een metallisch centrum gebonden aan organische moleculen op een zeer ordelijke manier, het produceren van poreuze kristallen. Wanneer toegevoegd aan polymeermembranen, MOF's kunnen hun gasscheidingsprestaties verbeteren, evenals hun stabiliteit en tolerantie voor zware omstandigheden. Echter, een van de belangrijkste problemen bij het integreren van MOF's in polymeermembranen is het vinden van compatibele verbindingen met gunstige interacties, zoals covalente bindingen. Helaas, die welke zijn geprobeerd, vereisen zeer dure synthese en materialen.

Om dit probleem aan te pakken, een internationaal team van wetenschappers heeft onlangs een studie uitgevoerd die is gepubliceerd in ACS toegepaste materialen en interfaces . Onder leiding van professor Tae-Hyun Kim van de Incheon National University, Korea, de wetenschappers concentreerden zich op het opnemen van een op zirkonium gebaseerde MOF genaamd 'UiO-66' in een multi-polymeermatrix die ze eerder hadden ontwikkeld. Ze bereikten dit door de MOF's zo te modificeren dat ze gemakkelijk covalente bindingen zouden vormen met de hoofdstrengen van de polymeermatrix.

De wetenschappers synthetiseerden UiO-66-NB, dat is UiO-66 met norborneeneenheden, een klein organisch molecuul. Door een eenvoudig syntheseproces, norborneeneenheden kunnen schakels worden in de belangrijkste polymeerketens van de matrix. Op deze manier, het norborneen in UiO-66-NB neemt de MOF's op in de matrix, zoals prof. Kim uitlegt, "In plaats van simpelweg de MOF's en polymeren te mengen, we hebben een nieuwe en efficiënte methode gevonden om MOF's via covalente bindingen in de polymeermatrix op te nemen; dit versterkt de interacties op de grensvlakken van beide verbindingen en creëert defectvrije polymeermatrices."

De eigenschappen en prestaties van de MOF-gevulde polymeermembranen waren uitstekend:hun permeabiliteit voor CO ₂ werd verbeterd zonder de selectiviteit significant in gevaar te brengen. hun CO ₂ /N ₂ scheidingsprestaties benaderden de theoretische bovengrens van Robeson in 2019. de membranen waren niet alleen opmerkelijk tolerant voor zware omstandigheden zoals hoge druk of temperatuurwisselingen, maar ook zeer stabiel gedurende lange perioden van bijna een jaar.

Deze prestaties zijn een stap in de goede richting in de richting van het wegnemen van de belemmeringen voor commercialisering waarmee deze polymeermembranen voor industriële toepassingen worden geconfronteerd. Enthousiast over de resultaten, Prof. Kim merkt op, "Wij geloven dat onze bevindingen nieuwe strategieën zullen openen om potentiële interfaces tussen MOF's en polymeermatrices voor hoogwaardige gasscheiding te beoordelen."

Laten we hopen dat deze technologie blijft evolueren, zodat we overtollige CO . kunnen behouden ₂ weg van onze atmosfeer!