El dióxido de carbono puede capturarse de las chimeneas y usarse para crear químicos comercialmente valiosos gracias a un compuesto novedoso desarrollado por una colaboración científica dirigida por un investigador de la Universidad Estatal de Oregon.
Publicado en el Journal of Materials Chemistry A, el estudio muestra que el nuevo marco orgánico de metales, cargado con un químico industrial común, óxido de propileno, puede catalizar la producción de carbonatos cíclicos mientras elimina el CO2 de los gases de combustión de la fábrica.
El dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero, resulta de la quema de combustibles fósiles y es una de las principales causas del cambio climático. Los carbonatos cíclicos son una clase de compuestos con gran interés industrial, lo que significa que los hallazgos son un impulso para las iniciativas de economía verde porque muestran que productos útiles como electrolitos de batería y precursores farmacéuticos pueden derivarse del mismo proceso implementado para limpiar las emisiones de las instalaciones de fabricación.
El nuevo marco orgánico metálico tridimensional a base de lantánidos, o MOF, también se puede utilizar para catalizar la producción cíclica de carbonato a partir de biogás, una mezcla de dióxido de carbono, metano y otros gases que surgen de la descomposición de materia orgánica.
Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción química sin sufrir ningún cambio químico permanente, y los lantánidos son un grupo de metales blandos de color blanco plateado cuyas aplicaciones van desde gafas de visión nocturna hasta pedernales para encendedores de cigarrillos.
Los ejemplos de lantánidos incluyen cerio, europio y gadolinio.
"Hemos dado un gran paso hacia la solución de un desafío crucial asociado con la esperada economía circular del carbono mediante el desarrollo de un catalizador eficaz", dijo el investigador de química Kyriakos Stylianou de la Facultad de Ciencias de OSU, quien dirigió el estudio. "Una clave para eso es comprender las interacciones moleculares entre los sitios activos en MOF con moléculas potencialmente reactivas".
Un MOF es un híbrido inorgánico-orgánico, un material poroso cristalino formado por iones metálicos cargados positivamente rodeados por moléculas orgánicas "enlazadoras", en este caso metales lantánidos y enlazadores de tetracarboxilato.
Los iones metálicos forman nodos que unen los brazos de los enlazadores para formar una estructura repetitiva que parece una jaula; la estructura tiene poros de tamaño nanométrico que adsorben gases, similar a una esponja. Los MOF se pueden diseñar con una variedad de componentes, que determinan las propiedades del MOF.
Los materiales a base de lantánidos son generalmente estables debido al tamaño relativamente grande de los iones de lantánidos, dijo Stylianou, y eso también es cierto con los MOF de lantánidos, donde los metales ácidos forman enlaces fuertes con los enlazadores, manteniendo los MOF estables en agua y a altas temperaturas. ; eso es importante porque los gases de combustión y el biogás son calientes y ricos en humedad.
Los MOF de lantánidos también son selectivos para el dióxido de carbono, lo que significa que no les molesta la presencia de otros gases contenidos por las emisiones industriales y el biogás.
"Observamos que dentro de los poros, el óxido de propileno puede unirse directamente a los centros de cerio y activar interacciones para la cicloadición de dióxido de carbono", dijo Stylianou. "Utilizando nuestros MOF, estables después de múltiples ciclos de captura y conversión de dióxido de carbono, describimos la fijación de dióxido de carbono en el anillo epoxi del óxido de propileno para la producción de carbonatos cíclicos".
Los carbonatos cíclicos tienen una amplia gama de aplicaciones industriales, que incluyen como disolventes polares, precursores de materiales de policarbonato como lentes de anteojos y discos digitales, electrolitos en baterías de litio y precursores para productos farmacéuticos.
"Estos son hallazgos muy interesantes", dijo Stylianou. "Y poder usar directamente el dióxido de carbono de fuentes impuras ahorra el costo y la energía de separarlo antes de que pueda usarse para hacer carbonatos cíclicos, lo que será una bendición para la economía verde".
David Le, Ryan Loughran e Isabelle Brooks de la Facultad de Ciencias colaboraron en esta investigación, al igual que científicos de la Universidad de Columbia y la Universidad de Cambridge.
La Facultad de Ciencias y la OSU Honors College financiaron el estudio.
JOAQUIN MEJIA
19/02/2023