De uitstoot van broeikasgassen draagt ​​aanzienlijk bij aan de opwarming van de aarde. Niet alleen kooldioxide (CO₂ ) maar ook fluorhoudende gassen, waaronder zogenaamde per- of polyfluorkoolwaterstoffen of PFC's, hebben een belangrijk aandeel in deze ontwikkeling. Onderzoekers van het Institute of Organic Chemistry van de Universiteit van Heidelberg onder leiding van Prof. Dr. Michael Mastalerz hebben onlangs nieuwe kristallijne materialen ontwikkeld die selectief de moleculen van dergelijke koolstof-fluorbindingen kunnen adsorberen. De Heidelberg-onderzoekers hopen dat deze poreuze kristallen nuttig kunnen zijn voor gerichte binding en terugwinning van PFC's.

Gepolyfluoreerde koolstoffen zijn organische verbindingen van verschillende lengtes waarin de waterstofatomen van alkanen geheel of gedeeltelijk zijn vervangen door fluoratomen. Deze atomen zijn chemisch zeer stabiel. Ze zijn niet alomtegenwoordig van aard en worden voornamelijk gebruikt voor etsprocessen in de halfgeleiderindustrie, bij oogchirurgie en in de medische diagnostiek als contrastversterkers voor bepaalde ultrasone onderzoeken.

"In tegenstelling tot CO₂ , dat is geïntegreerd in natuurlijke materiaalcycli, hopen PFC's zich op in de atmosfeer en blijven daar duizenden jaren voordat ze worden afgebroken", zegt prof. Mastalerz. Vergeleken met koolstofdioxide hebben PFC's dus een veel groter aardopwarmingsvermogen - de impact van één PFC-molecuul is vrijwel gelijk aan 5.000 tot 10.000 CO₂ moleculen. Dat maakt polyfluorkoolwaterstoffen volgens de onderzoeker tot een permanent probleem dat niet alleen nu bijdraagt ​​aan de opwarming van de aarde, maar deze ook versnelt.

Met zijn onderzoeksgroep aan het Institute of Organic Chemistry van de Universiteit van Heidelberg heeft Prof. Mastalerz een nieuw type kristallijn materiaal ontwikkeld dat polyfluorkoolwaterstoffen zeer selectief kan adsorberen en aan het binnenoppervlak kan binden. De poreuze kristallen zijn gebaseerd op vormvaste organische kooiverbindingen die fluorbevattende zijketens op de onderling verbonden steunen dragen. Deze zijketens reageren volgens het "like attracts like"-principe via fluor-fluor-interacties met de PFC-moleculen, waardoor ze worden afgezet op het binnenoppervlak van het materiaal.

In hun experimenten bewezen de Heidelberg-onderzoekers dat de kristallen die ze ontwikkelden, bepaalde fluorhoudende gassen zoals octafluorpropaan of octafluorcyclobutaan ongeveer 1.500 tot 4.000 keer sterker binden dan distikstof, het hoofdbestanddeel van lucht. Volgens Prof. Mastalerz vertegenwoordigen deze aantallen buitengewoon hoge selectiviteiten om dergelijke PFC's te binden.

Momenteel werken prof. Mastalerz en zijn team aan het verder verhogen van de selectiviteit van de kristallen en het overbrengen van het proces naar andere gefluoreerde gassen, zoals die worden gebruikt in medische anesthesie. "Ik zie een enorm ontwikkelingspotentieel op dit gebied", zegt de onderzoeker. Hij hoopt dat het adsorbens kan worden gebruikt voor het terugwinnen van polyfluorkoolwaterstoffen op het punt van gebruik.

De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Advanced Materials . + Verder verkennen

Onder anaërobe omstandigheden kunnen gewone microbiële gemeenschappen de ultrasterke koolstof-fluorbinding verbreken