Forskare vid Chiba University i Japan har utvecklat ett nytt kolmaterial kallat viciaziter som fångar in CO2 mer effektivt och frigör det vid låga temperaturer. Materialet använder precist arrangerade nitrogengrupper för att sänka energikostnaderna, vilket gör att det potentiellt kan drivas med industriell spillvärme. Detta genombrott skulle kunna göra storskalig koldioxidavskiljning mer prisvärd.
Ett team lett av biträdande professor Yasuhiro Yamada vid Graduate School of Engineering och biträdande professor Tomonori Ohba vid Graduate School of Science på Chiba University har skapat viciaziter, kolmaterial med kontrollerade närliggande nitrogenfunktionaliteter. Studien, som publicerats i tidskriften Carbon, beskriver tre versioner: en med närliggande primära amingrupper (-NH2) med 76 procents selektivitet, en annan med närliggande pyrroliskt nitrogen med 82 procent, och en med närliggande pyridiniskt nitrogen med 60 procents selektivitet. Dessa framställdes genom att värma upp koronen, behandla med brom och exponera för ammoniakgas, bland andra metoder, för att sedan appliceras på aktivt kolfiber. Tekniker som kärnmagnetisk resonansspektroskopi och röntgenfotoelektronspektroskopi bekräftade de exakta nitrogenplaceringarna. Tester visade att viciaziter med närliggande -NH2 och pyrroliskt nitrogen fångade in mer CO2 än obehandlade fibrer, medan pyridiniska versioner presterade likvärdigt med standardmaterial. Den utmärkande egenskapen är desorptionsprocessen vid låg temperatur: material med närliggande -NH2-grupper frigör det mesta av den infångade CO2-gasen under 60°C. 'Prestandautvärderingen visade att i kolmaterial där NH2-grupper introduceras intill varandra, desorberas det mesta av den adsorberade CO2-gasen vid temperaturer under 60 °C. Genom att kombinera denna egenskap med industriell spillvärme kan det vara möjligt att uppnå effektiva processer för CO2-avskiljning med väsentligt reducerade driftskostnader', säger Yamada. Versioner med pyrroliskt nitrogen kräver högre temperaturer men erbjuder större stabilitet. Yamada tillade: 'Detta arbete tillhandahåller validerade vägar för att syntetisera designade nitrogendopade kolmaterial, vilket erbjuder den kontroll på molekylnivå som är nödvändig för att utveckla nästa generations kostnadseffektiva och avancerade tekniker för CO2-avskiljning.' Materialen skulle även kunna avlägsna metalljoner eller fungera som katalysatorer. Forskningen fick stöd från Mukai Science and Technology Foundation, JSPS KAKENHI-anslag JP24K01251 samt MEXT:s ARIM-program.
