Het is nu algemeen bekend dat kooldioxide de grootste bijdrage levert aan klimaatverandering en voornamelijk afkomstig is van de verbranding van fossiele brandstoffen. Hoewel er over de hele wereld voortdurende inspanningen worden geleverd om een ​​einde te maken aan onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen als energiebronnen, de belofte van groene energie ligt nog in de toekomst. Kan er in de tussentijd iets gedaan worden om de CO .-concentraties te verlagen ₂ in de atmosfeer?

Het zou, in feite, geweldig zijn als de CO ₂ in de atmosfeer kan eenvoudig worden geadsorbeerd. Blijkt, dit is precies wat direct air capture (DAC), of het afvangen van CO ₂ onder omgevingsomstandigheden, beoogt te doen. Echter, geen dergelijk materiaal met het vermogen om CO . te adsorberen ₂ efficiënt onder DAC-omstandigheden is tot nu toe ontwikkeld. "Het is algemeen bekend dat CO ₂ is zuur van aard. Daarom, materialen met een basisch karakter worden over het algemeen gebruikt als adsorbentia voor CO ₂ . Echter, dat leidt vaak tot corrosie van het systeem en is ook niet geschikt voor het recyclen van de geadsorbeerde CO ₂ , " legt professor Yasushige Kuroda van de universiteit van Okayama uit, Japan, die onderzoek doet naar oppervlaktechemie.

Tegen deze achtergrond, in een recente studie gepubliceerd in de Journal of Materials Chemistry A , wetenschappers van Okayama University en Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI) onder leiding van prof. Kuroda onderzochten de adsorptie-eigenschappen van een materiaal dat tot nu toe een 'underdog' is gebleven:zeolieten (mineralen die voornamelijk aluminium en siliciumoxiden bevatten). "Zeolietmaterialen hebben weinig aandacht gekregen als adsorbens vanwege hun lage CO ₂ adsorptiecapaciteit bij kamertemperatuur en in het adsorptiegebied met lagere druk, evenals hun slechte selectiviteit ten opzichte van stikstof, " zegt prof. Kuroda.

In hun studie hebben Prof. Kuroda en zijn team ontwierpen een ionenuitwisselingsmethode van zeoliet met aardalkali-ionen en bereikten een opmerkelijk hoge CO ₂ adsorptie onder omgevingsomstandigheden. Het team koos specifiek een A-type zeoliet (silicium/aluminiumverhouding van 1) vanwege de geschikte poriegrootte voor het adsorberen van CO ₂ , terwijl de aardalkali-ionenuitwisseling een grote elektrische veldsterkte opleverde die, zogenaamd, fungeerde als een drijvende kracht voor de adsorptie. Wetenschappers kozen voor een dubbel geladen calciumion (Ca ²⁺ ) als het uitwisselingsion omdat het de grootste hoeveelheid adsorptie mogelijk maakte. In feite, het genoteerde geadsorbeerde volume was de grootste hoeveelheid CO ₂ ooit geadsorbeerd zijn door een zeolietsysteem, overtreft dat voor andere materialen onder vergelijkbare omstandigheden!

Om het onderliggende adsorptiemechanisme te onderzoeken, de wetenschappers voerden ver-infrarood (far-IR) metingen uit en ondersteunden ze met berekeningen van de dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT). De verre-IR-spectra, die de vibratiemodi als gevolg van Ca . detecteerde ²⁺ -zeoliet trillingen, vertoonde een duidelijke verschuiving naar langere golflengten na CO ₂ adsorptie, een kenmerk dat wetenschappers niet konden herkennen in andere monsters, bijv. Na-ion uitgewisseld A-type zeoliet. Ze verifieerden hun waarneming verder met een model dat goed overeenkwam met DFT-berekeningen.

Bovendien, de wetenschappers waren in staat om de geadsorbeerde CO . volledig te desorberen ₂ en herstel het oorspronkelijke monster en zijn specifieke adsorptie-eigenschappen. In aanvulling, het monster vertoonde een superieure selectieve adsorptie van CO ₂ van andere gassen nadat de wetenschappers de scheiding van CO . hadden onderzocht ₂ met behulp van een modelgas dat omgevingslucht in zijn samenstelling emuleerde.

De bevindingen brengen zeolieten dus op de voorgrond als een efficiënt adsorbens van CO ₂ onder omgevingsomstandigheden, een prestatie die voorheen onhaalbaar werd geacht met deze systemen. "Ons werk kan deuren openen naar mogelijk nieuwe toepassingen van zeolieten, zoals bij het reinigen van lucht in semi-gesloten ruimten, inclusief spaceshuttles, onderzeeërs, en concertzalen, en als adsorberend materiaal in het verdovingsproces, " speculeert prof. Kuroda.

Een ding is zeker, echter:scheikundigen zullen nooit meer op dezelfde manier naar zeoliet kijken.