پژوهشگران ژاپنی با مهندسی نوعی پلیمر یونی و تغییر اندازه آنیونها مادهای ساختهاند که توان جذب دیاکسیدکربن را تا هفت برابر افزایش میدهد؛ دستاوردی که میتواند آینده فناوریهای مقابله با تغییرات اقلیمی را متحول کند.
به گزارش سیناپرس،محققان ژاپنی موفق به توسعه مادهای جدید برای جذب دیاکسیدکربن شدند که میتواند عملکرد سامانههای جذب کربن را تا هفت برابر افزایش دهد. این دستاورد با تغییر اندازه یونهای منفی موسوم به آنیون در ساختار پلییونیکمایعات (Polyionic Liquids یا PILs) حاصل شده و میتواند مسیر تازهای برای فناوریهای کاهش انتشار گازهای گلخانهای باز کند.
این پژوهش بهصورت مشترک توسط شرکت Nitto Boseki Co. , Ltd؛ و Tohoku University انجام شده است. پژوهشگران اعلام کردند که با مهندسی دقیق ساختار پلییونیکمایعات و حذف ناخالصیهای باقیمانده از فرایند سنتز توانستهاند ظرفیت جذب CO۲ را تا هفت برابر نسبت به ماده اولیه افزایش دهند.
این مطالعه روی نوعی پلییونیکمایع مبتنی بر دیآلیلدیمتیلآمونیوم انجام شد؛ موادی که به دلیل ترکیب ویژگیهای مایعات یونی با پایداری پلیمرها گزینهای امیدوارکننده برای جذب و جداسازی دیاکسیدکربن محسوب میشوند. این مواد هم تمایل بالایی به جذب CO۲ دارند و هم در حالت جامد از پایداری و قابلیت پردازش صنعتی برخوردارند.
نقش آنیونهای بزرگتر در جذب بیشتر CO۲
جذب دیاکسیدکربن از گازهای خروجی صنایع یکی از مهمترین چالشهای فناوریهای مقابله با تغییرات اقلیمی است. در این میان، پلییونیکمایعات به دلیل توانایی انتخابی در برهمکنش با CO۲ مورد توجه قرار گرفتهاند، اما روشهای سنتی تولید آنها معمولا باعث باقی ماندن نمکهای معدنی و ناخالصیهایی میشود که عملکرد واقعی ماده را پنهان میکند.
برای حل این مشکل تیم تحقیقاتی فرایندی برای خالصسازی کامل پلیمرها توسعه داد. آنها با استفاده از فناوری آنالیز SEM-EDX موفق شدند حذف کلر و سایر محصولات جانبی واکنش را از ساختار نهایی ماده تایید کنند.
پس از خالصسازی پژوهشگران تاثیر نوع و اندازه آنیونها را بر عملکرد جذب CO۲ بررسی کردند. آنها یون کلرید را با سه آنیون مختلف و بزرگتر جایگزین کردند که شامل استات (Acetate)، تیوسیانات (Thiocyanate)، تریفلورومتانسولفونات (Trifluoromethanesulfonate) است.
نتایج آزمایشها نشان داد هرچه اندازه آنیون بزرگتر باشد ظرفیت جذب دیاکسیدکربن نیز افزایش مییابد. مادهای که از بزرگترین آنیون استفاده میکرد، بهترین عملکرد را ثبت کرد و توانست تا هفت برابر بیشتر از ماده اولیه CO۲ جذب کند.
حذف ناخالصیها؛ عامل کلیدی افزایش کارایی
پژوهشگران در این مطالعه بهطور ویژه روی پلیمر Poly (diallyldimethylammonium chloride) یا P [DADMA][Cl]تمرکز کردند؛ مادهای که دارای تراکم بالایی از بارهای مثبت است.
به گفته تیم تحقیقاتی در مطالعات پیشین نقش یونهای فلزی و نمکهای معدنی باقیمانده از فرایند سنتز بهدرستی بررسی نشده بود و همین ناخالصیها میتوانستند توان واقعی جذب CO۲ را کاهش دهند.
با حذف این آلایندهها پژوهشگران توانستند ارتباط واضحتری میان اندازه آنیونها و عملکرد جذب کربن مشاهده کنند. آنها معتقدند این یافته میتواند به راهبردی جدید برای طراحی مواد جذبکننده کربن منجر شود؛ راهبردی که به جای توسعه کامل پلیمرهای جدید بر تنظیم دقیق اندازه آنیونها و میزان خلوص مواد تمرکز دارد.
به نقل از برنا، دانشمندان میگویند این فناوری علاوه بر سامانههای جذب کربن میتواند در توسعه غشاهای پیشرفته جداسازی گاز برای صنایع مختلف نیز کاربرد داشته باشد. همچنین این روش میتواند به بهبود فناوریهای جذب CO۲ از اتمسفر یا گازهای خروجی نیروگاهها و کارخانهها کمک کند.
نتایج این پژوهش در نشریه علمی Reaction Chemistry & Engineering منتشر شده است.