جداسازی گازهای گلخانه‌ای به کمک نانوکامپوزیت‌های متخلخل

به گزارش گروه علم و فناوری آنا از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، امروزه بیش از 90 درصد انرژی مورد نیاز دنیا از جمله برق و گرما، از سوخت‌های فسیلی تامین می‌شود. این واقعیت موجب افزایش میزان دی‌اکسید کربن شده است. دی‌اکسید کربن مهم‌ترین گاز گلخانه‌ای است و به تنهایی حدود 82 درصد گازهای گلخانه‌ای را شامل می‌شود. با توجه به اینکه مقدار این گاز در اتمسفر به سرعت در حال افزایش است، کنترل میزان آن در اتمسفر بسیار ضروری است و اهمیت آن برای کشورهای در حال توسعه، بیشتر از کشورهای توسعه یافته است.

به گفته‌ی دکتر منصور انبیا، عضو هیات علمی دانشگاه علم و صنعت ایران، با توجه به حجم فعالیت‌های صنعتی نفت و گاز و پتروشیمی در ایران، کشور ما نیز از این قاعده مستثنی نیست. بنابراین، بررسی و به کارگیری روش‌های مرسوم و همچنین روش‌های جدید برای جداسازی دی‌اکسید کربن از جریان‌های گازی مختلف و هوا، امری اجتناب‌ناپذیر است.

انبیا با اشاره به این مطلب که یک زمینه‌ی مهم استفاده از مواد نانومتخلخل، کاربرد آن‌ها در فرآیندهای جداسازی است، هدف این طرح را این‌گونه شرح داد: «مواد نانومتخلخل با پتانسیل فوق العاده بالایی که برای استفاده در فرآیندهای جداسازی دارند، به عنوان یکی از امیدوارکننده‌ترین ابزارها برای این گونه فرآیندها شناخته شده‌اند. در این طرح نیز، نانوکامپوزیتی شامل نانولوله‌های کربنی چند دیواره تحت شرایط هیدروترمال طراحی شده است که بتواند گاز دی‌اکسید کربن را با ظرفیت و انتخاب‌پذیری بالایی از سایر جریان‌های گازی جدا کند».

به گفته‌ی این محقق، در این پژوهش شبکه فلز-آلی «MOF-199» برای جذب گازهای دی‌اکسید کربن (CO2) و متان (CH4) انتخاب شده است.
انبیا در ادامه توضیح داد: «البته به منظور افزایش حساسیت و بهبود کارایی، شبکه فلز-آلی سنتز شده با نانولوله‌های کربنی و گروه‌های آمینی پی‌پیرازین اصلاح گردیده است. نتایج نشان داد بعد از افزودن پی‌پیرازین به نانوکامپوزیت، ظرفیت جذب گاز CO2 افزایش و ظرفیت جذب گاز CH4 کاهش پیدا کرده است. در نتیجه اختلاف در ظرفیت جذبی بین گازهای CO2 و CH4 افزایش می‌یابد که منجر به انتخاب‌پذیری جذبی بالا برای گازهای CO2/CH4 در کامپوزیت‌های پی‌پیرازینی می‌شود».

این محقق مزیت‌های مهم استفاده از روش جذب سطحی را بدین شرح بیان کرد: «استفاده از روش جذب سطحی توسط جامدات، به دلیل نداشتن مشکلات خورندگی، غیر سمی بودن و عدم نیاز به تعویض جاذب، بسیار کاربردی هستند. لذا فرآیند جذب سطحی بر روی شبکه‌های جامد به عنوان یک روش برای حذف گازهای آلاینده، منجر به کاهش آلودگی محیط زیست می‌شود و از طرفی با انتخاب جاذب مناسب با عملکرد بالا می‌توان هزینه‌ها را به مقدار قابل توجهی به حداقل رساند».
وی در خصوص علت انتخاب شبکه فلز-آلی MOF-199 نیز عنوان کرد: «مساحت سطح بالا، حجم حفرات زیاد و روش سنتز آسان و مقرون به صرفه، با مواد اولیه‌ی قابل دسترس و ارزان قیمت نسبت به سایر انواع شبکه فلز-آلی دلیل اصلی انتخاب آن بوده است. همچنین حضور یون‌های اشباع‌نشده در ساختار شبکه MOF-199 عامل مهمی برای جذب با ظرفیت بالا برای گاز CO2محسوب می‌شود».

گفتنی است در این طرح، ساختار نانوکامپوزیت‌ها و نانو مواد متخلخل سنتز شده با روش‌های شناسایی مانند روش جذب -واجذب نیتروژن، پراش اشعه ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، وزن سنج گرمایی (TGA) و اسپکتروسکوپی زیر قرمز تبدیل فوریه(FT-IR) بررسی گردیده است.

نتایج حاصل از ظرفیت جذب و انتخاب‌پذیری گازهای CO2 و CH4 بر روی جاذب‌های سنتز شده نیز به روش حجم‌سنجی بررسی شده است.