Исследователи из Университета Райса разработали безопасный для окружающей среды метод улавливания углерода. Новый метод может оказаться полезным для понижения уровня выбросов диоксида углерода.

Химик из Университета Райса Эндрю Бэррон (Andrew Barron) наглядно продемонстрировал, что модификация фуллерена С₆₀ достаточным количеством аминогрупп может оказаться полезной в улавливании диоксида углерода.

Бэррон отмечает, что исследователи из его группы преследовали две цели,

• первая из которых заключалась в дизайне соединения, отличающегося 100% селективностью к углекислому газу при одновременном присутствии в газовой смеси CO₂ и CH₄ при любом давлении и любой температуре;
• вторая же цель заключалась в понижении температуры, требуемой для высвобождения диоксида углерода (для того, чтобы эвакуировать углекислый газ, применяющиеся в настоящее время для решения этой задачи растворы аминов приходится подогревать до относительно высокой температуры).

Испытания, которые химики из Университета Райса проводили в интервале давлений от одной до 50 атмосфер, показали, что при любом давлении новый материал поглощает CO₂ (до 1/5 от своего веса), проявляя индифферентность к метану. Новый материал также не деградирует через много циклов сорбции.

Фуллерены, наиболее часто применяющимся представителем которых является C₆₀, представляют собой аллотропные формы углерода, существующие в виде выпуклых замкнутых многогранников, составленных из чётного числа трёхкоординированных атомов углерода. За открытие фуллеренов Гарольду Крото, Ричарду Смолли и Роберту Кёрлу в 1996 году была присуждена Нобелевская премия по химии. Кривизна поверхности фуллерена позволяет осуществить прививку аминогрупп, способных улавливать диоксид углерода, не сорбируя при этом метан.

Исследователи из группы Бэррона привили аминогруппы к поверхности фуллерена и получили губкообразный материал коричневого цвета, в котором гидрофобные фуллерены вынуждают гидрофильные фрагменты амина выворачиваться наружу, давая им возможность поглощать углекислый газ за счет образования соответствующих карбонатов.

Когда несколько лет назад Бэррон начал работать над комбинированием аминогрупп и аллотропных форм углерода, он обнаружил следующую зависимость – если плоский графен, модифицированный аминогруппами, поглощал диоксид углерода относительно хорошо, многостенные углеродные нанотрубки с привитыми аминогруппами справлялись с этой задачей уже лучше, то комбинация аминов с одностенными углеродными нанотрубками сорбировала CO2 наиболее эффективно. Это наблюдение позволило предположить, что на эффективность сорбции углекислого газа влияет кривизна поверхности, к которой были привиты аминогруппы, и, таким образом, идеальной площадкой мог выглядеть фуллерен, сферическая форма которого обеспечивает максимальную кривизну поверхности.

Бэррон заявляет, что

полученный в его группе материал по ряду параметров превосходит системы для поглощения диоксида углерода, разработанные ранее, в том числе и те системы, которые основаны на применении металлоорганических каркасных соединений.

Способность модифицированного фуллерена поглощать углекислый газ сравнима с аналогичным параметром, характерным для металлоорганических каркасов, однако в отличие от них аминофуллерен может поглощать углекислый газ, содержащийся и в сухой, и во влажной газовой смеси, проявляя при этом исключительную селективность к CO₂ и не поглощая CН₄.

Бэррон добавляет, что

перспективным свойством новой системы является также и то, что она позволяет более эффективно поглощать углекислый газ для переработки. Если в настоящее время для высвобождения углекислого газа стандартные промышленные аминосодержащие скрубберы следует нагревать до 140°C, то новую систему можно нагревать до меньших температур – это обстоятельство может понизить энергозатраты на улавливание и переработку диоксида углерода.