Un polluant toxique produit par la combustion de combustibles fossiles peut être capturé dans le flux de gaz d'échappement et converti en produits chimiques industriels utiles en utilisant uniquement de l'eau et de l'air grâce à un nouveau matériau avancé développé par une équipe internationale de scientifiques.

Nouvelle recherche menée par l'Université de Manchester, a développé un matériau de charpente métallo-organique (MOF) qui fournit un capacité entièrement réversible et reproductible pour capturer le dioxyde d'azote (NO 2 ), un polluant atmosphérique toxique produit notamment par l'utilisation de diesel et de biocarburants. Le non 2 peut alors être facilement transformé en acide nitrique, une industrie de plusieurs milliards de dollars avec des utilisations comprenant, engrais agricole pour les cultures; propulseur de fusée et nylon.

Les MOF sont de minuscules structures tridimensionnelles qui sont poreuses et peuvent piéger des gaz à l'intérieur, agissant comme des cages. Les espaces vides internes dans les MOF peuvent être vastes pour leur taille, un seul gramme de matière peut avoir une surface équivalente à un terrain de football.

Le mécanisme hautement efficace de ce nouveau MOF a été caractérisé par des chercheurs utilisant la diffusion des neutrons et la diffraction des rayons X synchrotron au Oak Ridge National Laboratory et au Berkeley National Laboratory du ministère de l'Énergie. respectivement. L'équipe a également utilisé le National Service for Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy à Manchester pour étudier le mécanisme d'adsorption du NO. 2 dans le MFM-520. La technologie pourrait conduire à un contrôle de la pollution atmosphérique et aider à remédier à l'impact négatif du dioxyde d'azote sur l'environnement.

Un péché Chimie de la nature , le matériel, nommé MFM-520, peut capter le dioxyde d'azote à des pressions et températures ambiantes, même à de faibles concentrations et pendant l'écoulement, en présence d'humidité, dioxyde de soufre et dioxyde de carbone. Malgré la nature très réactive du polluant, Le MFM-520 s'est avéré capable d'être entièrement régénéré plusieurs fois par dégazage ou par traitement avec de l'eau dans l'air, un processus qui convertit également le dioxyde d'azote en acide nitrique.

« C'est le premier MOF à capturer et à convertir un toxique, polluant atmosphérique gazeux en un produit industriel utile », a déclaré le Dr Sihai Yang, auteur principal et maître de conférences au département de chimie de l'Université de Manchester. « Il est également intéressant de noter que le taux le plus élevé de NO 2 l'absorption par ce MOF se produit à environ 45 degrés centigrades, qui concerne la température des pots d'échappement des automobiles."

Professeur et vice-président et doyen de la Faculté des sciences et de l'ingénierie de l'Université de Manchester Martin Schröder, un auteur principal de l'étude, a déclaré : « Le marché mondial de l'acide nitrique en 2016 était de 2,5 milliards de dollars, les fabricants de cette technologie MOF ont donc beaucoup de potentiel pour récupérer leurs coûts et tirer profit de la production d'acide nitrique qui en résulte. D'autant plus que les seuls additifs nécessaires sont l'eau et l'air."

Dans le cadre de la recherche, les scientifiques ont utilisé la spectroscopie neutronique et des techniques informatiques à l'ORNL pour caractériser avec précision comment le MFM-520 capture les molécules de dioxyde d'azote.

"Ce projet est un excellent exemple d'utilisation de la science neutronique pour étudier la structure et l'activité des molécules à l'intérieur des matériaux poreux, " a déclaré Timmy Ramirez-Cuesta, co-auteur et coordinateur de l'initiative chimie et catalyse à la direction des sciences neutroniques de l'ORNL. "Grâce au pouvoir pénétrant des neutrons, nous avons suivi comment les molécules de dioxyde d'azote s'arrangeaient et se déplaçaient à l'intérieur des pores du matériau, et étudié les effets qu'ils avaient sur l'ensemble de la structure du MOF."

"La caractérisation du mécanisme responsable de la haute, absorption rapide de NO 2 informera les futures conceptions de matériaux améliorés pour capturer les polluants atmosphériques », a déclaré Jiangnan Li, le premier auteur et un doctorat. étudiant à l'Université de Manchester.

Autrefois, capturer les gaz à effet de serre et les gaz toxiques de l'atmosphère était un défi en raison de leurs concentrations relativement faibles et parce que l'eau dans l'air est en concurrence et peut souvent affecter négativement la séparation des molécules de gaz ciblées des autres gaz. Un autre problème consistait à trouver un moyen pratique de filtrer et de convertir les gaz capturés en gaz utiles, produits à valeur ajoutée. Le matériau MFM-520 offre des solutions à bon nombre de ces défis.