新材料可以更好地从工厂-发电厂的废气中捕获二氧化碳

时间:2020-01-06 17:56 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

新材料可以更好地从工厂-发电厂的废气中捕获二氧化碳

一般来说,“烟气”指从管道、排气管、烟囱等排出的气体在壁炉、烤箱、炉膛、锅炉或蒸汽发生器中燃烧的产物。但这个词更常用来描述工厂和发电厂排放的废气。尽管它们可能是标志性的,但这些烟道气体含有大量的二氧化碳(CO2),这是导致全球变暖的主要温室气体。

减轻烟气污染影响的一种方法是将其中的二氧化碳提取出来,储存在地质构造中或循环利用;事实上,有大量的研究试图找到新的材料,可以从这些烟气中捕获二氧化碳。

金属有机框架(MOFs)是这些材料中最有前途的,但这些材料中的大多数需要烘干“湿”首先是烟气,这在技术上是可行的,但也非常昂贵因此不太可能在商业上实施。

在一个奇怪的扭曲的自然-或设计化学-事实证明,擅长捕捉二氧化碳的材料在捕捉水方面表现得更好,这使得它们与潮湿的烟气几乎没有什么联系。似乎在这些物质中,二氧化碳和水争夺着相同的吸附位置物质结构中能够捕获目标分子的区域。

现在,由EPFL Valais Wallis的Berend Smit领导的一个科学家团队设计了一种新的材料,它可以防止这种竞争,不受水的影响,甚至比商业材料更有效地从潮湿的烟气中捕获二氧化碳。

在Smit所谓的“计算材料设计的突破”中,科学家们使用了一种开箱即用的方法来克服材料设计的困难:药物发现的工具。

当制药公司寻找一种新的候选药物时,他们首先测试数百万个分子,看看哪些分子会与与疾病相关的目标蛋白结合。然后,将它们进行比较,以确定它们共有的结构特性。一个共同的基序被建立,并形成了设计和合成实际药物分子的基础。

使用这种方法,EPFL的科学家们用计算机生成了325,000种材料,它们的共同主题是结合二氧化碳的能力。所有这些材料都属于金属有机骨架(MOFs) -族流行和多功能材料,Smit的研究已经领先多年。

为了缩小选择范围,科学家们接着在mof中寻找可以很好地结合二氧化碳但不能很好地结合水的常见结构基序。然后通过增加选择性和效率的参数进一步缩小这个子类,直到研究人员的MOF-generation算法最终选定了35种材料,这些材料比现有的商用材料表现出更好的从湿烟气中捕获二氧化碳的能力。

“让这项工作脱颖而出的是,我们也能够合成这些材料,”says Smit. “这使我们能够与我们的同事合作,证明MOFs实际上是吸附二氧化碳而不是水,实际上是测试它们的碳捕获能力,并将它们与现有的商业材料进行比较。”这项研究的这一部分是与加州大学伯克利分校、渥太华大学、赫瑞瓦特大学和格拉纳达大学合作进行的。

“在伯克利进行的实验表明,我们所有的预测都是正确的,”Smit说。瓦特公司的研究表明,我们设计的材料比商业材料更能从烟气中吸收二氧化碳。

参考文献:湿法烟气CO2捕集用金属有机框架的数据驱动设计由彼得·g·博伊德,Arunraj奇丹巴拉姆,恩里克Garcí a-Dí易之,克里斯托弗·p·爱尔兰,托马斯·d·推开Andrzej舌鳎# 322;理查德?界限adysiak,帕斯卡Schouwink,赛义德穆罕默德Moosavi, m .奔驰Maroto-Valer杰弗里·a·雷蒙,豪尔赫·a·r·纳瓦罗汤姆k .哇,苏珊娜·加西亚Kyriakos c Stylianou Berend Smit, 2019年12月11日,自然。

DOI: 10.1038 / s41586 - 019 - 1798 - 7

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