清洁空气研究将有毒空气污染物转化为工业化学品

借助国际科学家团队开发的新型先进材料,燃烧化石燃料产生的有毒污染物可以从废气流中捕获,仅用水和空气就能转化为有用的工业化学品。

曼彻斯特大学(University of Manchester)领导的新研究开发了一种金属有机框架(MOF)材料,该材料具有选择性,完全可逆和可重复的能力来捕获二氧化氮(NO 2),二氧化氮是一种特别是由柴油和生物柴油产生的有毒空气污染物。燃料使用。然后,NO 2可以很容易地转化为硝酸,这是一个价值数十亿美元的产业,其用途包括用于农作物的农用肥料;火箭推进剂和尼龙。

MOF是微小的三维结构,具有多孔性,可以将气体捕集到内部,就像笼子一样。MOF的内部空白空间可能很大,仅一克材料的表面积就等于足球场的表面积。

研究人员分别在能源部的橡树岭国家实验室和伯克利国家实验室使用中子散射和同步加速器X射线衍射对这种新型MOF中的高效机理进行了表征。该小组还利用曼彻斯特国家电子顺磁共振光谱服务研究了MFM-520 中NO 2的吸附机理。该技术可以控制空气污染,并有助于纠正二氧化氮对环境的负面影响。

Asin Nature Chemistry的这种材料名为MFM-520,可以在环境压力和温度下(即使在低浓度和流动期间)在存在水分,二氧化硫和二氧化碳的情况下捕获二氧化氮。尽管污染物具有高反应性,但事实证明,MFM-520可以通过脱气或通过在空气中用水处理而多次完全再生,该过程还将二氧化氮转化为硝酸。

“这是首个同时捕获有毒的气态空气污染物并将其转化为有用的工业产品的财政部。” 曼彻斯特大学化学系首席作者兼高级讲师杨思海博士说。“同样有趣的是,MOF吸收NO 2的最高速率发生在大约45摄氏度,大约是汽车排气的温度。”

这项研究的主要作者曼彻斯特大学科学与工程学院教授,副校长兼院长说:“ 2016年全球硝酸市场规模为25亿美元,因此,这种MOF技术的制造商具有很大的潜力,可以从最终的硝酸生产中收回成本并从中获利。特别是因为所需的唯一添加剂是水和空气。”

作为研究的一部分,科学家在ORNL使用中子光谱学和计算技术来精确表征MFM-520如何捕获二氧化氮分子。

ORNL中子科学理事会化学和催化倡议的合著者和协调员蒂米·拉米雷斯-库斯塔(Timmy Ramirez-Cuesta)说:“该项目是利用中子科学研究多孔材料内部分子的结构和活性的一个很好的例子。” “由于中子的穿透能力,我们追踪了二氧化氮分子如何在材料的孔隙内排列和移动,并研究了它们对整个MOF结构的影响。”

“负责迅速,迅速地吸收NO 2的机理的特征将为将来设计改进的材料以捕获空气污染物提供依据。” 第一作者,博士李江南说。

过去,从大气中捕获温室气体和有毒气体是一个挑战,因为它们的浓度相对较低,并且空气中的水竞争并且经常会对目标气体分子与其他气体的分离产生负面影响。另一个问题是找到一种实用的方法来过滤掉捕获的气体并将其转化为有用的增值产品。MFM-520材料为许多挑战提供了解决方案。

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