(Phys.org) — Wetenschappers van Rice University hebben een milieuvriendelijke methode voor het opvangen van koolstof ontdekt die even bedreven zou kunnen zijn in het onttrekken van kooldioxide-emissies uit industriële rookgassen en aardgasbronnen.

Het Rice-lab van chemicus Andrew Barron onthulde in een proof-of-concept-onderzoek dat aminerijke verbindingen zeer effectief zijn in het opvangen van het broeikasgas in combinatie met koolstof-60-moleculen.

Het onderzoek is het onderwerp van een open-access paper vandaag in Nature's online tijdschrift Wetenschappelijke rapporten .

"We hadden twee doelpunten, Barron zei. "Een daarvan was om de verbinding 100 procent selectief te maken tussen kooldioxide en methaan bij elke druk en temperatuur. De andere was om de hoge temperatuur te verlagen die andere amineoplossingen nodig hebben om het kooldioxide er weer uit te krijgen. We zijn in beide opzichten succesvol geweest."

Tests van één tot 50 atmosferische druk toonden aan dat de rijstverbinding een vijfde van zijn gewicht in koolstofdioxide vastlegde, maar geen meetbare hoeveelheid methaan, Barron zei, en het materiaal degradeerde niet gedurende vele absorptie/desorptiecycli.

Koolstof-60, het voetbalvormige molecuul, ook bekend als buckminsterfullereen (of de "buckyball"), werd in Rice ontdekt door Nobelprijswinnaars Richard Smalley, Robert Curl en Harold Kroto in 1985. De ultieme kromming van buckyballs maakt ze misschien de best mogelijke manier om aminemoleculen te binden die koolstofdioxide opvangen maar gewenst methaan doorlaten.

Het Rice-lab gebruikte buckyballs als crosslinkers tussen aminen, op stikstof gebaseerde moleculen afkomstig uit polyethyleenimine. Het lab produceerde een bruine, sponsachtig materiaal waarin hydrofobe (watervermijdende) buckyballs de hydrofiele (waterzoekende) amines naar buiten drongen, waar passerende kooldioxide zou kunnen binden aan de blootgestelde stikstof.

Toen Barron en zijn team enkele jaren geleden begonnen met het combineren van koolstof en amine, ze merkten een interessante progressie op:plat grafeen absorbeerde koolstofdioxide goed, meerwandige nanobuisjes absorbeerden het beter, en dunnere enkelwandige nanobuisjes nog beter. "Dat suggereerde dat de kromming belangrijk was, ' zei Barron. 'C-60, een bol zijn, heeft de hoogst mogelijke kromming onder koolstofmaterialen."

Hij zei dat de rijstverbinding gunstig afsteekt bij andere kandidaten voor het opvangen van koolstof op basis van metaalorganische raamwerken (MOF's). "Het is ongeveer gelijk aan de beste MOF's voor koolstofafvang, maar ons materiaal is veel selectiever. Methaan absorbeert gewoon niet, " zei Barron. In tegenstelling tot MOF's, hij merkte op dat de rijstverbinding zowel nat als droog kooldioxide absorbeerde.

Barron zei dat het net zo belangrijk is dat de verbinding koolstofdioxide efficiënt afgeeft voor hergebruik. "We hebben lang geleden gemerkt dat als we amines hechten aan koolstofnanobuisjes of grafeen, ze verlaagden de temperatuur waarbij koolstofdioxide oplost, " zei Barron. Industriële op amine gebaseerde wassers moeten worden verwarmd tot 140 graden Celsius om gevangen kooldioxide vrij te maken; het verlagen van de temperatuur zou energie besparen.

"Vergeleken met de kosten van het huidige gebruikte amine, C-60 is prijzig, "Toegegeven Barron. "Maar de energiekosten zouden lager zijn omdat je minder nodig hebt om de kooldioxide te verwijderen." Hij merkte op dat industriële wassers amines verliezen door verhitting, dus ze moeten constant worden bijgevuld. "Ze voegen voor altijd reagens toe, wat leuk is voor de bedrijven die amine verkopen, maar niet zo goed voor degenen die proberen de koolstofdioxide te scheiden."

De onderzoekers zoeken naar manieren om de capaciteit en absorptiesnelheid van de stof te verbeteren. "We begrijpen het mechanisme echt, wat belangrijk is, "Zei Barron. "Dat stelt ons in staat om het verder te duwen."

Hoofdauteur Enrico Andreoli is een voormalig postdoctoraal onderzoeker van Rice en nu hoofddocent aan de Swansea University, Wales. Co-auteurs zijn voormalig afgestudeerde student Eoghan Dillon, niet-gegradueerde alumna Laurie Cullum en senior onderzoekswetenschapper Lawrence Alemany, heel Rijst. Barron is de Charles W. Duncan Jr.-Welch hoogleraar scheikunde en een hoogleraar materiaalkunde en nano-engineering.