Dioxit cacbon vừa là thủ phạm gây nóng lên toàn cầu, vừa chịu trách nhiệm giữ cho Trái đất đủ ấm để hỗ trợ cho sự sống như chúng ta đã biết. Dioxit cacbon không có mùi và không màu, thường được minh họa bằng một cột khói phun lên bầu trời, biểu thị cho ô nhiễm và khí nhà kính. Cột khói này trên thực tế là hơi nước, cùng với dioxit cacbon và nitơ chiếm phần lớn lượng khí được xả ra từ các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Nhưng hơi nước lại là một trở ngại cho việc loại bỏ khí dioxit cacbon trong các phát thải của nhà máy điện. Nghiên cứu, được thực hiện tại nguồn Photon tiên tiến của Văn phòng Khoa học, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, hỗ trợ cho các nỗ lực nhằm xác định khả năng hấp thu dioxit cacbon ngay cả khi có sự hiện diện của nước của những vật liệu mới này.

Từ quan điểm kỹ thuật, vật liệu kim loại hữu cơ được sử dụng trong buồng đốt sau phải hấp thu dioxit cacbon hiệu quả, nó phải được tái sử dụng và cần ít năng lượng hơn so với các giải pháp hiện có, có thể cần 30% năng lượng được nhà máy sản xuất. Về khía cạnh khoa học vật liệu, điều này có nghĩa là vật liệu có khả năng hấp thu dioxit cacbon cao, chỉ đủ độ dính bám cho dioxit cacbon của khí hút bám vào vật liệu, nhưng không có quá nhiều khí không thể trích xuất và sau đó được phân tách, và hấp thu một lượng lớn dioxit cacbon trên mỗi thể tích vật liệu.

Các nhà khoa học tại trường Đại học Nam Florida và Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah (Saudi Arabia) đang khám phá các loại vật liệu mới dựa trên sự kết hợp từ trước đồng, bipyridine (C₅H₄N) 2, và các anion hexafluorosilicate SiF62-. Nghiên cứu trước đây của nhóm cho thấy SiF62− hay SIFSIX, có các tương tác mạnh, có lợi cho dioxit cacbon. Từ cơ sở này, nhóm nghiên cứu đã chế tạo ra ba loại vật liệu: SIFSIX-2-Cu, SIFSIX-2-Cu-i, và SIFSIX-3-Zn, như được mô tả trong hình.

Các phép đo khả năng hấp thu dioxit cacbon của mỗi loại vật liệu của nhóm nghiên cứu cho phép họ loại bỏ SIFSIX-2-Cu do giá trị thấp. Sử dụng Lý thuyết dung dịch hấp thu lý tưởng (Ideal Adsorbed Solution Theory - IAST) (trong lĩnh vực nhiệt động lực học dung dịch, một mô hình dự đoán không cần bất kỳ dữ liệu hỗn hợp nào và độc lập với mô hình hấp thu vật lý thực tế), các nhà nghiên cứu xác định khả năng hấp thu dioxit cacbon của SIFSIX-2-Cu thấp, có lẽ do các anion SIFSIX nằm ở các vách tế bào của nó không đủ gần nhau để thúc đẩy khả năng thu hút dioxit cacbon của nhau. SIFSIX-2-Cu-i và SIFSIX-3-Zn hấp thu các giá trị tương tự các giá trị của vật liệu tiêu chuẩn.

Các nghiên cứu nhiễu xạ tia X đơn tinh thể tại Nguồn Photon tiên tiến của Argonne, và các tính toán en-tan-pi hấp thu đối với khả năng thu hút dioxit cacbon của vật liệu, cho thấy SIFSIX-2-Cu-i và SIFSIX-3-Zn có khả năng hấp thu dioxit cacbon như nhau. Sự hấp thu này hiệu quả và có thể đảo ngược, có nghĩa là vật liệu có thể dễ dàng hấp thu CO₂ nhưng cũng dễ dàng để CO₂ tách ra khỏi vật liệu SIFSIX, vì vậy nó có thể được phân tách. Do đó làm cho vật liệu có thể tái sử dụng.

Tuy nhiên, khả năng hấp thu dioxit cacbon là đặc tính quan trọng nhất của vật liệu kim loại hữu cơ được sử dụng trong các buồng đốt sau. Các giá trị cao cho SIFSIX-2-Cu-i được tính toán sử dụng IAST - không những cao hơn vật liệu kim loại hữu cơ mà còn cao hơn bất kỳ vật liệu tiêu chuẩn nào khác - gây ngạc nhiên cho nhóm nghiên cứu. Nhóm nghiên cứu chứng minh những kết quả này bằng cách sử dụng các xét nghiệm mang tính đột phá. Khả năng chọn lọc của SIFSIX-3-Zn thậm chí còn cao hơn SIFSIX-2-Cu-i; nhóm nghiên cứu chứng minh những kết quả này bằng cách sử dụng cả các thử nghiệm đột phá và bằng cách đo các đường đẳng nhiệt hấp thu đơn khí.

Vì nước hiện diện trong khí của nhiên liệu hóa thạch sau quá trình đốt cháy, các nhà nghiên cứu cần chỉ ra khả năng hấp thu của vật liệu không bị giảm đi khi có sự hiện diện của nước. Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng khả năng hấp thu dioxit cacbon của SIFSIX-3-Zn bị nước làm ảnh hưởng, bởi vì anion SiF62- thu hút các phân tử phân cực - dioxit cacbon bị phân cực mạnh hơn so với các khí sau quá trình đốt cháy - làm cho SIFSIX-3-Zn kỵ nước.

Cả SIFSIX-2-Cu-i và SIFSIX-3-Zn đều có những đặc điểm cần thiết để hấp thu cacbon một cách chọn lọc và hiệu quả trong buồng đốt sau của nhà máy điện. Cả hai loại vật liệu này đều có khả năng duy trì dioxit cacbon ổn định và không bị phá vỡ cho phép nó phát thải thông qua những thay đổi về áp lực hoặc nhiệt độ, sau đó được phân tách thành các hình thành địa chất hoặc các giếng dầu rỗng. Những vật liệu này là một khởi đầu lý tưởng cho một giải pháp kỹ thuật biến đổi dung dịch hấp thu cacbon trong các buồng đốt sau.

N.L.H - NASATI, theo Phys.org