Molécules de carbone 60, également connu sous le nom de buckyballs, ont été combinés avec des amines dans un composé qui absorbe un cinquième de son poids en dioxyde de carbone. Il présente un potentiel en tant que matériau respectueux de l'environnement pour capturer le carbone des puits de gaz naturel et des installations industrielles. Avec l'aimable autorisation du groupe de recherche Barron
(Phys.org) - Les scientifiques de l'Université Rice ont découvert une méthode de capture du carbone respectueuse de l'environnement qui pourrait être tout aussi apte à capter les émissions de dioxyde de carbone des gaz de combustion industriels et des puits de gaz naturel.
Le laboratoire Rice du chimiste Andrew Barron a révélé dans une étude de validation de principe que les composés riches en amines sont très efficaces pour capturer les gaz à effet de serre lorsqu'ils sont combinés avec des molécules de carbone 60.
La recherche fait aujourd'hui l'objet d'un article en libre accès dans la revue en ligne Nature's Rapports scientifiques .
"Nous avions deux buts, " a déclaré Barron. " L'une était de rendre le composé 100 pour cent sélectif entre le dioxyde de carbone et le méthane à n'importe quelle pression et température. L'autre consistait à réduire la température élevée nécessaire aux autres solutions d'amines pour éliminer à nouveau le dioxyde de carbone. Nous avons réussi sur les deux plans."
Des tests de 1 à 50 pressions atmosphériques ont montré que le composé de riz capturait un cinquième de son poids en dioxyde de carbone mais aucune quantité mesurable de méthane, Barron a dit, et le matériau ne s'est pas dégradé au cours de nombreux cycles d'absorption/désorption.
Carbone-60, la molécule en forme de ballon de football également connue sous le nom de buckminsterfullerene (ou le "buckyball") a été découverte à Rice par les lauréats du prix Nobel Richard Smalley, Robert Curl et Harold Kroto en 1985. La courbure ultime des buckyballs peut en faire le meilleur moyen possible de lier les molécules d'amine qui capturent le dioxyde de carbone mais permettent au méthane souhaitable de passer à travers.
Le laboratoire Rice a utilisé des buckyballs comme agents de réticulation entre les amines, molécules à base d'azote tirées de polyéthylèneimine. Le laboratoire a produit un brun, matériau spongieux dans lequel les buckyballs hydrophobes (qui évitent l'eau) repoussent les amines hydrophiles (qui recherchent l'eau) vers l'extérieur, où le dioxyde de carbone passant pourrait se lier à l'azote exposé.
Polyéthylèneimine (PEI) à 60 atomes de carbone, alias buckminsterfullerenes, forment un composé brun spongieux qui absorbe un cinquième de son poids en dioxyde de carbone mais aucune quantité mesurable de méthane. Cela peut le rendre approprié pour capturer le dioxyde de carbone aux têtes de puits et des gaz de combustion industriels. Avec l'aimable autorisation du groupe de recherche Barron
Lorsque Barron et son équipe ont commencé à combiner des carbones et des amines il y a plusieurs années, ils ont remarqué une progression intéressante :le graphène plat absorbait bien le dioxyde de carbone, les nanotubes multiparois l'absorbent mieux, et des nanotubes à paroi unique plus minces encore mieux. "Cela suggérait que la courbure était importante, " dit Barron. " C-60, étant une sphère, a la courbure la plus élevée possible parmi les matériaux en carbone."
Il a déclaré que le composé de riz se comparait favorablement à d'autres candidats à la capture du carbone basés sur des cadres organométalliques (MOF). "C'est à peu près l'équivalent des meilleurs MOF pour le captage du carbone, mais notre matériel est beaucoup plus sélectif. Le méthane n'absorbe tout simplement pas, " a déclaré Barron. Contrairement aux MOF, il a noté que le composé de riz absorbait le dioxyde de carbone humide aussi bien que sec.
Barron a déclaré qu'il était tout aussi important que le composé libère efficacement du dioxyde de carbone pour une réutilisation. "Nous avons remarqué il y a longtemps que si nous attachions des amines à des nanotubes de carbone ou du graphène, ils ont abaissé la température à laquelle le dioxyde de carbone se dissout, ", a déclaré Barron. Les épurateurs industriels à base d'amines doivent être chauffés à 140 degrés Celsius pour libérer le dioxyde de carbone capturé; abaisser la température permettrait d'économiser de l'énergie.
"Par rapport au coût de l'amine actuelle utilisée, C-60 est cher, " Admis Barron. " Mais les coûts énergétiques seraient inférieurs parce que vous auriez besoin de moins pour éliminer le dioxyde de carbone. " Il a noté que les épurateurs industriels perdent des amines par le chauffage, ils doivent donc être constamment renouvelés. "Ils ajoutent toujours du réactif, ce qui est bien pour les entreprises qui vendent de l'amine, mais pas si bon pour ceux qui essaient de séparer le dioxyde de carbone."
Les chercheurs cherchent des moyens d'améliorer la capacité et le taux d'absorption du composé. "Nous comprenons vraiment le mécanisme, ce qui est important, " a déclaré Barron. " Cela nous permet de pousser plus loin. "
L'auteur principal Enrico Andreoli est un ancien chercheur postdoctoral Rice et maintenant maître de conférences à l'Université de Swansea, Pays de Galles. Les co-auteurs sont l'ancien étudiant diplômé Eoghan Dillon, l'ancienne élève de premier cycle Laurie Cullum et le chercheur principal Lawrence Alemany, tout le riz. Barron est professeur de chimie Charles W. Duncan Jr.-Welch et professeur de science des matériaux et de nano-ingénierie.
