Adaptación de la hidrofobidad y el entorno de los poros en los físicos absorbentes para mejorar la captura de dióxido...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Ingeniería Química
• Ciencias del medio ambiente

Sus antecedentes:

• CALF-20, un marco metálico-orgánico (MOF) basado en Zn-triazolato, es prometedor para la captura de CO2, pero está limitado por la adsorción de agua por encima del 40% de humedad relativa (RH).
• Esta sensibilidad a la humedad dificulta la aplicación práctica en entornos como los gases de combustión posteriores, donde el CO2 está saturado de agua.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar nuevos MOF con una hidrofobia mejorada para una captura eficiente de CO2 en condiciones de humedad.
• Investigar el efecto de los grupos metilo en el rendimiento de adsorción de CO2 y la estabilidad a la humedad de los MOF a base de Zn-triazolato.

Principales métodos:

• Síntesis de tres nuevos MOF (NU-220, CALF-20M-w, CALF-20M-e) que incorporan enlaces hidrofóbicos de metiltriazolato.
• Evaluación experimental de la capacidad y la selectividad de captura de CO2 en diferentes niveles de humedad relativa.
• Simulaciones del Gran Canónico de Montecarlo (GCMC) para elucidar el mecanismo de la interacción del agua y la selectividad del CO2.

Principales resultados:

• CALF-20M-w y CALF-20M-e mantuvieron más del 20% de su eficiencia de captura de CO2 a una humedad relativa del 70%, a diferencia de CALF-20, que mostró una absorción insignificante.
• Las simulaciones de GCMC indicaron que los grupos metilo impiden la formación de redes de agua y mejoran la selectividad del CO2 sobre el N2 en ambientes húmedos.
• Las funciones de distribución radial revelaron que los grupos metilo aumentan la distancia entre las moléculas de agua y los sitios de coordinación de Zn, mejorando la estabilidad de la humedad.

Conclusiones:

• La incorporación de grupos metílicos en los enlaces de triazolato es una estrategia eficaz para mejorar la estabilidad de la humedad y el rendimiento de captura de CO2 de los MOF a base de Zn.
• Los MOF desarrollados (CALF-20M-w y CALF-20M-e) demuestran potencial para la captura robusta de CO2 en aplicaciones industriales prácticas con alta humedad.
• Este enfoque de diseño ofrece un camino hacia materiales absorbentes más resistentes para las tecnologías de captura de carbono.