新材料可以更好地捕获工厂/发电厂尾气中的二氧化碳

时间：2021-08-30 12:52:13 来源：

EPFL的化学工程师设计了一种材料，该材料可以比目前的商业材料更好地捕获湿烟道气中的二氧化碳。

一般而言，“烟道气”是指在壁炉，烤箱，炉子，锅炉或蒸汽发生器中作为燃烧产物从管道，废气，烟囱等中逸出的任何气体。但是该术语更常用来描述工厂和发电厂烟道中排出的废气。这些烟气虽然可能是标志性的，但其中包含大量的二氧化碳（CO2），这是导致全球变暖的主要温室气体。

减轻烟道气污染影响的一种方法是将烟道气中的二氧化碳排出并储存在地质构造中或进行循环利用。实际上，有大量研究试图寻找可以从这些烟气中捕获二氧化碳的新型材料。

金属有机框架（MOF）是这些材料中最有希望的一种，但是大多数这些材料都需要首先干燥“湿”烟道气，这在技术上是可行的，但也很昂贵-因此不太可能在商业上实现。

在自然界或设计化学的一种奇怪的转折中，事实证明，能捕集二氧化碳的材料甚至能更好地捕集水，这使得它们很少与湿烟道气一起使用。似乎在大多数这些材料中，CO 2和水竞争相同的吸附位点-材料结构中实际上捕获目标分子的区域。

现在，由EPFL Valais Wallis的Berend Smit领导的一组科学家设计了一种新材料，这种材料可防止这种竞争，不受水的影响，甚至比市售材料都能更有效地从湿烟道气中捕集CO2。

在Smit所说的“计算材料设计的突破”中，科学家们采用了一种开箱即用的方法来克服材料设计所带来的困难：药物发现的工具。

当制药公司寻找新的候选药物时，他们首先测试数百万个分子，以查看哪些分子将与与该疾病相关的靶蛋白结合。然后将比较的结果确定它们共有的结构特性。建立了一个共同的基序，它构成了设计和合成实际药物分子的基础。

EPFL科学家使用这种方法，计算机生成了325,000种材料，这些材料的共同主题是结合二氧化碳的能力。所有材料都属于金属有机框架（MOF）系列-流行且用途广泛的材料，史密斯（Smit）的研究多年来一直引领着这一趋势。

为了缩小选择范围，科学家随后在MOF中寻找可以很好地结合CO2但不结合水的常见结构基序。然后，通过添加选择性和效率参数进一步缩小此子类的范围，直到研究人员的MOF生成算法最终确定于35种材料上，这些材料显示出比现有的市售材料更好的从湿烟道气中捕集CO2的能力。

“使这项工作脱颖而出的原因是我们还能够合成这些材料，” Smit说。“这使我们能够与同事合作，证明MOF实际上吸收了CO2而不是水，并对其进行了碳捕获测试，并将其与现有的商业材料进行了比较。”研究的这一部分是与加州大学伯克利分校，渥太华大学，赫瑞瓦特大学和格拉纳达大学合作进行的。

“在伯克利进行的实验表明，我们所有的预测都是正确的，”史密特说。“赫瑞瓦特研究小组的研究表明，我们设计的材料比商业材料能更好地捕获湿烟道气中的二氧化碳。”

参考：Peter G. Boyd，Arunraj Chidambaram，EnriqueGarcía-Díz，Christopher P. Ireland，Thomas D.Daff，Richard Bounds，AndrzejGładysiak，Pascal Schouwink，“用于湿法烟气二氧化碳捕集的金属有机框架的数据驱动设计”，赛义德·穆罕默德·穆萨维（Seyed Mohamad Moosavi），梅赛德斯·马罗托·瓦勒（M. Mercedes Maroto-Valer），杰弗里·雷默（Jeffrey A.Reimer），豪尔赫·纳瓦罗（Jorge AR Navarro），汤姆·伍（Tom K.Woo），苏珊娜·加西亚（Susana Garcia），基里亚科斯·C·斯蒂利亚努（Kyriakos C.
10.1038 / s41586-019-1798-7

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