Ters Strateji, Endüstriyel Gaz Ayırma Süreçlerini İyileştirebilir
Fotoğraf: Gözenekleri içerisinde yönsel açıdan hizalanmış amino asit ile birleştirilen gözenekli bir koordinasyon polimeri, gazlı bir karışımdan asetileni saflaştırmak için tercihen karbondioksiti adsorbe eder. Kredi: Mindy Takamiya / Kyoto Üniversitesi
Geleneksel süreçlerden daha yüksek enerji verimi sunan yeni yöntem, geleneksel prosesi tersine çevirerek endüstriyel bir gazın saflaştırılma performansını iyileştiriyor. Söz konusu konsept, Japonya’daki Kyoto Üniversitesi’nin Entegre Hücre Malzemesi Bilimleri Enstitüsü’ndeki (iCeMS) bilim insanları ve meslektaşları tarafından geliştirildi ve başarıyla test edildi. Çalışmanın bulguları, Angewandte Chemie International Edition dergisinde yayınlandı.
Asetilen, kaynak makinelerinde yakıt olarak ve plastikler, boyalar, camlar ve reçineler gibi malzemelerin üretiminde kimyasal yapı taşı olarak kullanılan, çeşitli endüstrilerde yaygın uygulama bulan bir gazdır. Asetilen üretmek için öncelikle asetilen içeren mevcut karışımın karbondioksitten arındırılması gerekir. Geleneksel olarak bu işlem, asetilen ve karbon dioksitten oluşan gaz halindeki bir karışımın belirli bir malzemeden geçirilmesiyle gerçekleştirilir. Bu süreçte karbondioksit, malzeme ile zayıf bir şekilde etkileşime girer ve böylece malzemenin içinden geçer, asetilen ise malzeme ile güçlü bir şekilde reaksiyona girer ve malzemeye yapışır. Bu geleneksel yöntemdeki sorun, sonraki aşamalarda asetilenin malzemeden ayrıştırılması için enerji tüketen birkaç adıma ihtiyaç duyulmasıdır.
Bilim insanları bu süreci tersine çevirmenin, yani karbondioksiti malzemede tutup asetileni malzemeden geçirmenin, yollarını arıyorlar. Ancak, şu ana kadar bunu gerçekleştirmek gerçek bir zorluk olmuştu.
iCeMS’te kimyager olan ve çalışmayı yöneten Susumu Kitagawa, “Her iki gazın da benzer moleküler boyut, şekil ve kaynama noktalarına sahip olması bir problem” diye açıklıyor. “Asetilen yerine karbondioksiti tercih eden adsorbanlar mevcut, ancak nadir, özellikle oda sıcaklığında çalışanlar.”
Kitagawa, iCeMS malzeme kimyacısı Ken-ichi Otake ve meslektaşları, gözenekli koordinasyon polimerleri adı verilen kristal yapılı bir malzemenin gözeneklerini değiştirerek malzemenin karbondioksit adsorpsiyonunu geliştirdiler. Ekip, amino gruplarını gözenekli iki koordinasyon polimerinin gözenek kanallarına sabitledi. Bu işlem, karbondioksitin malzemeyle etkileşime girmesi ve malzemeye bağlanması için ek alanlar sağladı. Ek etkileşim bölgesi, asetilenin malzemeye bağlanma şeklini de değiştirdi ve asetilen molekülünün bağlanması için daha az yer bıraktı. Bu gelişme, amino grubu sabitleyicilerine sahip olmayan aynı malzemeye kıyasla daha fazla karbon dioksit ve daha az asetilenin adsorbe edildiği anlamına geliyordu.
Yeni tasarlanmış bu malzemeler, halihazırda mevcut olan diğer karbondioksit adsorbanlarına kıyasla daha fazla karbondioksit ve daha az asetilen adsorbe ettiler. Ayrıca oda sıcaklığında da iyi çalıştılar ve birkaç döngü boyunca istikrarlı bir performans sergilediler.
Kitagawa, “Bu ‘zıt eylem’ stratejisi, zorlu tanıma ve ayırma sistemleri için yüksek performanslı gözenekli malzemelere umut verici bir tasarım ilkesi sunarak diğer gaz sistemlerine de uygulanabilir” diyor.
Kaynak: phys.org
