Adsorción selectiva de CO2 en marcos pirenéicos moleculares ultrahidrófobos mediante diseño computacional

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• La humedad en los gases de combustión industriales dificulta la separación efectiva de dióxido de carbono (CO2) por la mayoría de los sorbentes porosos.
• El agua compite con el CO2 por los sitios de adsorción, reduciendo la capacidad de captura de CO2 y aumentando los costos de regeneración.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar nuevos materiales porosos capaces de separar selectivamente el CO2 en condiciones de humedad.
• Identificar y sintetizar estructuras orgánicas enlazadas por hidrógeno (HOF) basadas en pireno con alta afinidad por el CO2 y baja adsorción de agua.

Principales métodos:

• Teoría funcional de alta densidad de rendimiento (DFT) y predicción de la estructura cristalina (CSP) para diseñar marcos hidrofóbicos.
• Experimentos de absorción de gases para evaluar la adsorción de CO2 y agua.
• Mediciones de la penetración dinámica de la columna en condiciones simuladas de gases de combustión.
• Pruebas de estabilidad, incluida la ebullición en ácidos acuosos.

Principales resultados:

• Dos HOF basados en pireno demostraron adsorción selectiva de CO2 con una absorción mínima de agua.
• La capacidad de trabajo de CO2 no se vio afectada por una humedad relativa de hasta el 75%.
• Se predijo que un HOF, diMeTBAP-α, sería termodinámicamente estable a través de la CSP.
• Un análogo escalable, MeTBAP-α, mantuvo la porosidad y la cristalinidad después de duras pruebas de estabilidad.

Conclusiones:

• Los HOF basados en pireno ofrecen una solución prometedora para la captura de CO2 a partir de gases de combustión industriales húmedos.
• Los materiales desarrollados exhiben una alta selectividad de CO2, capacidad de trabajo y estabilidad química, cruciales para las aplicaciones de captura de carbono.