تحضير وتوصيف هياكل عضو معدنية جديدة لالتقاط ثاني أكسيد الكربون
Author
محزري، منال بنت يحيى بن محمد بن حسين
Abstract
في عالم مقيد بالكربون، تعتبر تقنية احتجاز وتخزين ثاني أكسيد الكربون (CCS) (CO2) مهمة ولديها القدرة على التخفيف بشكل كبير من انبعاثات CO2. فهي تتيح الفرصة لتلبية الطلب العالمي الملح على الطاقة مع الحد في الوقت نفسه من إطلاق الغازات الدفيئة الناتجة من استخدام الوقود الأحفوري .CO2 هو الغاز البشري السائد، ويشكل حوالي 75 ? من الإطلاقات في جميع أنحاء العالم، وحوالي 80 ? من إجمالي انبعاثات CO2 في المملكة العربية السعودية. تركز الأبحاث الحالية على إيجاد طرق لتقليل انبعاثاتCO2. ظهرت الأطر العضو معدنية (MOFs) إلى حيز الوجود والتي تتطور بسرعة، لذلك اكتسبت اهتماما علميا واسعا. تتميز الأطر العضو معدنية بخصائص ملحوظة على سبيل المثال، القدرة على تصميم الإطار (المرونة الهيكلية) وسهولة الضبط والتحكم في حجمه المسامي، بالإضافة إلى طوبولوجياته المتأثرة بالتنوع الأولي للمواد الأصلية._x000D_
كان الهدف من هذا البحث هو توليف الأطر العضو معدنية ( MOF-5و MOF-235 و IRMOF-3 و HKUST-1) بطريقة hydro/solvothermal واستخدم أكسيد الجرافين (GO) كتعديل مسبق في الأطر العضو معدنية المستهدفة واستخدمت ثلاثة مذيبات سهلة الانصهار (DESs) وهي كلوريد الكولين ، بروميد رباعي إيثيل الأمونيوم وبروميد رباعي بوتيل فوسفونيوم للتعديل اللاحق للتركيب (PSM) الأطر العضو معدنية. تم توصيف الأطر العضو معدنية المركبة والمعدلة بالمجهر الإلكتروني الماسح (SEM) ، والتحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FTIR) ، وحيود الأشعة السينية (XRD) ، والتحليل الحراري الوزني (TGA) وتحليل بروناور-إيميت-تيلر .(BET) تم إجراء تحليل الأشعة تحت الحمراء في الموقع لدراسة الامتزاز الكيميائي لثاني أكسيد الكربون مع الأطر العضو معدنية عند25 ،100 ،150 درجة مئوية. تم استخدام الامتزاز الفيزيائي لثاني أكسيد الكربون في نظام اختراق العمود الديناميكي (DCB) عند ضغط 1 بار ودرجة حرارة25 ،40 ،60 درجة مئوية._x000D_
أظهرت نتائج التوصيف أن الأطر العضو معدنية قد تم تصنيعها بنجاح. تم عرض صور SEM ل MOF-5 بشكل مكعب موحد، MOF-235 لها بنية بلورية ثماني السطوح، وكان IRMOF-3 يشبه الهيكل شبه الكروي، ولوحظ مورفولوجيا هرمية سداسية لبلورات .Cu-BTC أظهر تحليل FTIR و XRD وجود مجموعات وظيفية ومنتجات الأطر الفلزية العضوية الجيدة قبل التعديل وبعده. أظهر تحليل التحليل الحراري الوزني TGA الاستقرار الحراري الجيد فوق 150 درجة مئوية من الأطر العضو معدنية المركبة. أظهر تحليل BET أعلى مساحة سطح ل IRMOF-3 والتي لوحظت 907 m2g-1 تحت امتصاص MOF-235 .N2و 1HKUST- لهما مساحة سطح 642.30 و 593.549 m2g-1 على التوالي. في حين أن MOF-5 كان لديه أدنى مساحة سطح، كان 45.869 m2g-1 بسبب تأثير الرطوبة التي ادت الى تدمير الهيكل._x000D_
الأشعة تحت الحمراء في الموقع، بعد 10 دقائق من التفاعل، كان للعينات امتزاز كيميائي أكثر كثافة مع زيادة درجة الحرارة. نتيجة لذلك، ترتبط كميات CO2 الممتصة على سطح جميع العينات بروابط كيميائية قوية مع زيادة في درجات الحرارة تصل إلى 150 درجة مئوية ثم ظهور منتجات وسيطة نتيجة لهذا التفاعل. أظهرت النتائج أن قمم كثافة منتجات التفاعل قد تحسنت بواسطة الأطر العضو معدنية المعدلة مسبقا مع GO أثناء التفاعل مع CO2. _x000D_
لوحظت أفضل نتائج الامتزاز المادي بواسطة IRMOF-3@1A مقارنة بالعينات الأخرى التي أظهرت أن وقت الاختراق كان 106 ثانية والوصول إلى تشبع CO2 بنسبة 100? بعد 160 ثانية عند 25 درجة مئوية وضغط 1 بار._x000D_
Note
إشراف : دكتور سميع الله مرزا كرامت علي.
