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“吃”二氧化碳的“海绵”问世

发布日期:2016-05-07 来源:www.sdbzzy.com

   最近,一个新奇的科研成果出现在业内的视野里,美国西北大学的化学小组成功研制出一种可食用二氧化碳的材料,该材料是全天然纳米结构,就像海绵一样可以完全吸收二氧化碳。

  其实早在一年前,该化学小组就发表了他们的一项科研成果:以糖、盐,以及酒精为原料的新纳米结构材料。而眼下他们研制的这种海绵,其实是一种化合物,它可以有效地检测、捕获和储存二氧化碳,而且该化合物自身是碳中性的。

  据美国《每日科学》报道,该小组由西北大学化学教授弗雷泽斯托达特领导,而研究报告已发表在了《美国化学学会杂志》上。

  斯托达特介绍称,该海绵其实是所谓的金属有机骨架(MOFs),不过与其它MOFs相比,它不仅是纯天然成分,而且制造过程很简单,这也是它最大的优势。

  尽管常规MOFs也可以有效地吸收二氧化碳,但它们的原材料通常来自于原油,而且常包含有毒的重金属。斯托达特表示,这个MOFs还有很多独有的特点,当完全吃掉二氧化碳时,通身会变成红色,而且捕获过程还是可逆的。

  事实上,MOFs诞生于1999年左右,它是一种有序的、格子框架晶体,由有机分子与节点连接而成,节点通常是铜、锌、镍或钴等金属。在它们的大孔隙里,MOFs能有效地存储如氢气或二氧化碳等气体,这在工程科学上具有独特的用处。

  据悉,这个新型的MOFs主要成分是伽马-环糊精(gamma-cyclodextrin),是来自于玉米淀粉的可再生糖分子。然后,利用苯甲酸钾(potassium benzoate)或氢氧化铷(rubidium hydroxide)等盐中产生的某种物质,把这些糖分子固定,而糖分子在晶体中的精确排列,则是捕获二氧化碳的关键。

  其实,在MOFs中,均匀对称非常重要。天然材料通常都不具备均匀对称性,所以很难结晶成高度有序而多空间框架材料。但伽马-环糊精解决了这一难题:它由8个不对称的葡萄糖残基排列成一个环状结构,这本身形成了一种对称。把伽马-环糊精和钾盐溶化在水中,水分和酒精的蒸发会使混合液结晶。

  事实证明,当我们把这些相互靠近的糖分子放到碱性环境中后,意想不到的事情发生了,它们开始与二氧化碳反应,过程类似于碳固定,也就是糖形成的过程。研究报告的第一作者Jeremiah Gassensmith表示,这个反应导致二氧化碳被紧紧地束缚在晶体内,但随后我们仍然可以非常轻易地回收它。

  从MOFs与二氧化碳发生的不同寻常的反应可以检测出,晶体是否已经达到满负荷。研究小组在每个晶体内放入一种可以通过颜色改变来检测pH值(表示氢离子活度的)变化的指示分子,当黄色的MOFs晶体内充满二氧化碳后它们就会变成红色。

  这个新型的MOFs,不仅成本低廉,而且还有绿色环保的特点,这更促使他们成为商业化的候选产品。小组成员Ronald A. Smaldone博士后补充称:我想这是简单化学能够成功地应用于碳捕获和传感仪技术等相关问题的最好证明。

  据悉,美国国家自然科学基金委员会、美国能源部、英国工程和物理科学研究理事会、沙特国王科技大学,以及韩国高级科学和技术研究所均是这项研究的支持方。

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