Una estrategia de envío en botella: Aminas y epoxidos entrelazados dentro de los poros de MOF para mejorar el...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• La captura de carbono posterior a la combustión es crucial para mitigar el cambio climático.
• Las estructuras metal-orgánicas (MOF) ofrecen una gran superficie para la adsorción de gases.
• La impregnación de MOF con aminas puede mejorar la captura de CO2, pero a menudo sufre de lixiviación de aminas.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una técnica de polimerización "barco en botella" in situ para la creación de compuestos de polímeros MOF robustos.
• Evaluar el rendimiento de captura de carbono de estos compuestos, centrándose en la capacidad de CO2, la selectividad y la estabilidad.
• Investigar el papel del enlace cruzado de epóxidos en la prevención de la lixiviación de aminas y la mejora de la ciclabilidad.

Principales métodos:

• Síntesis de cuatro compuestos distintos de polímeros de MOF mediante el enlace cruzado de alquilaminas (tris2-aminoetil) amina (TAEA) y tetraetileno pentamina (TEPA)) con epóxidos (éter triglicídico de trimetilolpropano (TMPTE) y 1,3-diépoxido de butadieno (BDE)) dentro de los poros del MOF Cr-BDC (MIL-101(Cr).
• Evaluación del rendimiento de captura de CO2, incluida la capacidad de CO2, la selectividad de CO2/N2, el calor isostérico de adsorción y los tiempos de penetración cinética en diversas condiciones.
• Evaluación de la estabilidad y la ciclabilidad del material a través de 100 ciclos de adsorción/desorción por oscilación de temperatura.

Principales resultados:

• El compuesto Cr-BDC-TAEA-BDE (lineal ramificado) exhibió un rendimiento superior: capacidad de CO2 de 2,2 mmol g-1 a 0,15 bar y 313 K, selectividad de CO2/N2 de 301 y calor isostérico de -110 kJ mol-1.
• Este compuesto demostró un excelente rendimiento de ruptura, con tiempos de separación de N2/CO2 de 103 min/g (seco) y 143 min/g (húmedo).
• Los cuatro compuestos de polímero MOF mostraron una lixiviación y degradación mínimas de aminas después de 100 ciclos de adsorción / desorción, superando significativamente a las contrapartes no reticuladas.

Conclusiones:

• La polimerización "barco en botella" in situ es una estrategia eficaz para crear compuestos de polímero MOF estables y de alto rendimiento para la captura de carbono.
• El enlace cruzado de epóxido es crítico para inhibir la lixiviación de aminas y mejorar la ciclabilidad de los adsorbentes basados en MOF.
• El compuesto Cr-BDC-TAEA-BDE desarrollado representa un material prometedor para aplicaciones eficientes y duraderas de captura de CO2 después de la combustión.