Un contaminante tóxico producido al quemar combustibles fósiles se puede capturar de la corriente de gases de escape y convertir en productos químicos industriales útiles utilizando solo agua y aire gracias a un nuevo material avanzado desarrollado por un equipo internacional de científicos.
Una nueva investigación dirigida por la Universidad de Manchester, ha desarrollado un material de estructura organometálica MOF que proporciona una capacidad selectiva, totalmente reversible y repetible para capturar dióxido de nitrógeno NO2, un contaminante tóxico del aire producido particularmente por diesel y biouso de combustible. El NO2 se puede convertir fácilmente en ácido nítrico, una industria multimillonaria con usos que incluyen fertilizantes agrícolas para cultivos; propulsor de cohetes y nylon.
Los MOF son pequeñas estructuras tridimensionales que son porosas y pueden atrapar gases en el interior, actuando como jaulas. Los espacios vacíos internos en los MOF pueden ser enormes para su tamaño, solo un gramo de material puede tener un área de superficie equivalente a un campo de fútbol.
El mecanismo altamente eficiente en este nuevo MOF se caracterizó por los investigadores que utilizaron la dispersión de neutrones y la difracción de rayos X sincrotrón en el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía y el Laboratorio Nacional Berkeley, respectivamente. El equipo también utilizó el Servicio Nacional de Resonancia Paramagnética de ElectronesEspectroscopía en Manchester para estudiar el mecanismo de adsorción de NO2 en MFM-520. La tecnología podría conducir al control de la contaminación del aire y ayudar a remediar el impacto negativo que el dióxido de nitrógeno tiene en el medio ambiente.
Asin Química de la naturaleza , el material, denominado MFM-520, puede capturar dióxido de nitrógeno a presiones y temperaturas ambientales, incluso a bajas concentraciones y durante el flujo, en presencia de humedad, dióxido de azufre y dióxido de carbono. A pesar de la naturaleza altamente reactiva delcontaminante, MFM-520 demostró ser capaz de regenerarse completamente varias veces por desgasificación o por tratamiento con agua en el aire, un proceso que también convierte el dióxido de nitrógeno en ácido nítrico.
"Este es el primer MOF que captura y convierte un contaminante tóxico y gaseoso del aire en un producto industrial útil", dijo el Dr. Sihai Yang, autor principal y profesor titular en el Departamento de Química de la Universidad de Manchester. "EsTambién es interesante que la tasa más alta de absorción de NO2 por este MOF se produce a alrededor de 45 grados centígrados, que es aproximadamente la temperatura de los gases de escape de los automóviles ".
El profesor y vicepresidente y decano de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Manchester, Martin Schröder, autor principal del estudio, dijo: "El mercado mundial de ácido nítrico en 2016 fue de USD $ 2.5 mil millones, por lo que hayun gran potencial para que los fabricantes de esta tecnología MOF recuperen sus costos y se beneficien de la producción resultante de ácido nítrico. Especialmente porque los únicos aditivos requeridos son agua y aire ".
Como parte de la investigación, los científicos utilizaron espectroscopía de neutrones y técnicas computacionales en ORNL para caracterizar con precisión cómo MFM-520 captura moléculas de dióxido de nitrógeno.
"Este proyecto es un excelente ejemplo del uso de la ciencia de neutrones para estudiar la estructura y la actividad de las moléculas dentro de los materiales porosos", dijo Timmy Ramirez-Cuesta, coautor y coordinador de la iniciativa de química y catálisis en la Dirección de Ciencias de Neutrones de ORNL ".Gracias al poder de penetración de los neutrones, rastreamos cómo las moléculas de dióxido de nitrógeno se organizaron y se movieron dentro de los poros del material, y estudiamos los efectos que tenían en toda la estructura MOF ".
"La caracterización del mecanismo responsable de la alta y rápida absorción de NO2 informará futuros diseños de materiales mejorados para capturar contaminantes del aire", dijo Jiangnan Li, el primer autor y estudiante de doctorado en la Universidad de Manchester.
En el pasado, capturar gases de efecto invernadero y tóxicos de la atmósfera era un desafío debido a sus concentraciones relativamente bajas y porque el agua en el aire compite y a menudo puede afectar negativamente la separación de las moléculas de gas objetivo de otros gases. Otro problema fue encontrar unforma práctica de filtrar y convertir los gases capturados en productos útiles y de valor agregado. El material MFM-520 ofrece soluciones para muchos de estos desafíos.
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Materiales proporcionado por Universidad de Manchester . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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