Linked Polymer Network mejora la captura de CO2

Linked Polymer Network mejora la captura de CO2


En un artículo reciente publicado en la revista ACS Applied Nano Materials, se utilizó la alquilación de Friedel-Craft de triazina-tiofeno (Tt) como monómero con una gama de agentes de reticulación para incorporar grupos funcionales Tt en la columna vertebral de un polímero orgánico poroso ( COP) para mejorar la captura de carbono.

Linked Polymer Network mejora la captura de CO2

Estudio: ingeniería nanoespacial de polímeros orgánicos porosos entrelazados con triazina-tiofeno a través de la expansión molecular en el ajuste de la captura de CO2. Crédito: Dmitri Kovalchuk/Shutterstock.com

La amenaza cada vez mayor del calentamiento global

El aumento significativo de las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera causado por las emisiones de las actividades humanas plantea una grave emergencia climática. El aumento de la urbanización y el desarrollo industrial están provocando que las concentraciones de dióxido de carbono se disparen. En comparación con la última década hasta mediados del siglo XIX, el contenido medio de dióxido de carbono en el medio ambiente ha aumentado casi un 40%.

Las emisiones antropogénicas continúan impulsando el calentamiento global, que está aumentando a una tasa estimada de 0,2 °C por década. Si este ritmo continúa, el aumento de la temperatura global podría acercarse a 1,5 °C para 2100, frente al ritmo actual de 0,8 a 1,2 °C. Resolver este problema es importante y difícil, pero es la única forma de garantizar que la tierra tenga un entorno habitable.

La captura de dióxido de carbono es fundamental para minimizar el calentamiento global

Muchos investigadores de todo el mundo han defendido la captura y el almacenamiento de carbono para controlar y reducir la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera, reduciendo así los efectos del calentamiento global. Se han desarrollado varios métodos y técnicas exitosos para capturar de manera efectiva el dióxido de carbono.

El desarrollo de sustancias novedosas con buen rendimiento y excelente potencial de secuestro de dióxido de carbono de manera efectiva, económica y confiable implica la construcción de polímeros orgánicos porosos (POP), estructuras orgánicas covalentes, estructuras metal-orgánicas (MOF), carbones porosos, zeolitas y sílices modificados con amina y otras sustancias.

Los COP pueden ser una opción adecuada para el CO2 ¿Colección?

Los polímeros orgánicos porosos (POP) con propiedades especiales, como área de superficie alta, distribución de tamaño de poro configurable (PSD), buena confiabilidad mecánica y química, propiedades químicas ajustables a través de numerosas técnicas de síntesis y una selección de bases naturales (monómeros), podrían ser una opción viable para ser una captura de carbono efectiva.

La funcionalización de los COP puede mejorar su capacidad para capturar dióxido de carbono

Además, la atracción del dióxido de carbono de estas sustancias se puede mejorar mediante la introducción de dopantes heteroatómicos como nitrógeno, oxígeno y azufre, mejorando la capacidad de los COP para unir el dióxido de carbono de manera más eficiente.

La inclusión de tales dopantes crea un fuerte campo eléctrico en el material poroso y en los poros, lo que mejora la conexión dipolo-cuadrupolo del dióxido de carbono cuadrupolar con las regiones de alta polaridad de los polímeros. Los científicos se han centrado en los marcos covalentes de triazina en los últimos años debido a sus fuertes propiedades de adsorción de dióxido de carbono.

Conclusiones clave del estudio

En este estudio, el equipo logró diseñar una secuencia de polímeros orgánicos nanoporosos enlazados con triazina-tiofeno (Tt-POP) dependientes de enlazadores usando FeCl3-Proceso de alquilación asistido por Friedel-Craft de Tt monomérico con tres materiales de reticulación separados, formaldehído dimetilacetal (FDA), 1,4-bis(bromometil)benceno (BMB) y 4,4′-bis(bromometil)bifenilo (BBMP) , respectivamente, realizaron un ensayo comparativo sistémico de sus potenciales de adsorción de dióxido de carbono.

Debido a la profunda integración de las funciones heteroatómicas (N y S), se descubrió que estos materiales de alta porosidad tienen áreas superficiales BET altas y excelentes estabilidades químicas.

El diseño esquelético preciso utilizando materiales reticulantes naturales de variación molecular reveló variaciones en la absorción de dióxido de carbono a 273 y 298 K, respectivamente. Tt-POP-2 superó a Tt-POP-1, Tt-POP-2 y Tt-POP-3 en términos de absorción de dióxido de carbono, aunque posee arquitecturas similares a nanorod, nanocloud y nanocoral.

La explicación de esto fue que la asociación del dióxido de carbono con los anillos de bencilo y tiofenilo se vio favorecida cuando la molécula de dióxido de carbono estaba casi paralela a los anillos aromáticos a una distancia de aproximadamente 3,10 Å. Además, la E.Corbata para los enlaces de dióxido de carbono con los anillos de tiofenilo (anillo T) y bencilo (anillo B) fue más negativo en la configuración Tt-POP-2 que en la configuración Tt-POP-3.

La incorporación de numerosos enlazadores que, en última instancia, podrían ajustar la absorción de dióxido de carbono condujo a un método de diseño esquelético exitoso. Luego se estudió a fondo la ruta mecánica. Como resultado de esta investigación, se exploró una nueva forma de construcción lógica de materiales de adsorción de dióxido de carbono para un entorno sostenible y limpio.

referencia

Das, N., Paul, R. y otros. (2022). Ingeniería nanoespacial de polímeros orgánicos porosos entrelazados de triazina-tiofeno a través de la expansión molecular para optimizar la captura de CO2. Nanomateriales aplicados ACS. Disponible en: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.2c00311

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