I. faza: FUNKCIONALIZACIJA MOFov

Razvoj bifunkcionalnih MOF sistemov bo temeljil na znanih MOFih, ki imajo sposobnosti zajemanja ali pretvorbe CO₂. Z namenom izboljšanja omenjenih lastnosti, bomo osnovne materiale modificirali z molekulami na osnovi dušikovih funkcionalnih skupin. Za uspešno modifikacijo morajo izhodiščni MOFi izpolnjevati pomembne zahteve kot so:

• velika specifična površina in primerna prostornina por, ki omogočajo učinkovito vgradnjo funkcionalnih molekul in ob enem še vedno zagotavljajo dovolj prostora za CO₂ adsorpcijo (nad 0.5 cm3/g),
• sposobnost tvorbe prostih kovinskih mest, ki so pomembna tako za vezavo funkcionalnih molekul kot tudi katalitsko aktivna mesta,
• kemijska stabilnost materialov v prisotnosti vlage, kar je pomembno za praktično uporabnost v CCSU procesih.

II. faza: VREDNOTENJE LASTNOSTI IN UČINKOVITOSTI

STRUKTURNA KARAKTERIZACIJA

Pripravljene materiale bomo strukturno okarakterizirali z uporabo različnih metodami. Fazne analize bomo izvedli z rentgensko praškovno difrakcijo (XRD), morfološke raziskave monolitov in struktorne korelacije med MOFi in polimernimi matricami bomo izvedli z vrstično elektronsko mikroskopijo (SEM) in energijsko disperzijsko rentgensko analizo (EDX). Vgradnjo funkcionalnih skupin v MOF strukturah bomo analizirali s praškovno rentgensko analizo, jedrsko magnetno resonanco v trdnem (MAS NMR), infra-rdečo (IR) in rentgensko absorpcijsko spektroskopijo (XANES/EXAFS). Lastnosti poroznosti bomo analizirali z N2 sorpcijskimi meritvami, vsebnost MOF faz v polimernih matricah pa bomo določevali s termogravimetrijo (TG) v kombinaciji z elementno analizo (ICP ali EDX).

SPOSOBNOSTI ADSORPCIJE IN LOČEVANJA CO₂

Sorpcijske kapacitete za CO₂ bomo testirali na manometričnem plinskem analizatorju. Za namen računanja adsorpcijske entalpije, bomo izoterme izmerili pri različnih temperaturah med 20 in 30 °C. Eksperimente ločevanja CO₂ bomo izvedli z ločenimi meritvami izoterm različnih plinov (CO₂, N₂, CH₄, H₂) pri 25 °C in tlačnem območju 1 – 35 bar ali z ‘breakthrough’ eksperimenti z uporabo izbranih plinskih mešanic, kot so CO₂/N₂, CO₂/CH₄ and CO₂/H₂ pri konstantnem tlaku (1 bar) and temperaturi (25 °C).

KATALITSKA AKTIVNOST ZA PRETVORBO CO₂

Katalitski testi se bodo izvajai na visokotlačnem reaktorju ki bo vseboval epoksid (propilen oksid ali stiren oksid) kot izhodiščno komponento in MOF kot katalizator. V zaprt šaržni reaktor bomo uvajali CO₂ pri povišanih temperaturah (do 100 °C) in tlakih do 10 bar. Produkte reakcije bomo analizirali po določenih časih reakcije (vsakih 30 minut) kvalitativno in kvantitativno z NMR metodo.

 

III. faza: OBLIKOVANJE MOF/polimer MONOLITOV

Priprava kompozitov bo potekala v dveh korakih. V prvem koraku bomo sintetizirali kovinski oksid@polyHIPE prekurzor z ROMP (Ring opening Methathesis Polymerisation) mehanizmom. Polimerno matrico bomo polimerizirali iz mešanice diciklopentadiena (DCPD), kot monomera, surfaktanta Pluronic L-121, vode, kot interne faze in kovinsko oksidnih nanodelcev (ZnO, CuO, ZrO₂ in Al₂O₃), kot prekurzorjev za prekristalizacijo v MOF faze. Po dodatku iniciatorja (Ru-kompleks M2) v toluenu, bo začel potekati ROMP proces. Tako dobljene emulzije bomo prelili v cilindrične kalupe in jih starali na 80 °C za nekaj ur, da se bodo emulzije strdile v makroporozne monolite z impregniranimi kovinsko-oksidnimi nanodelci. V drugem koraku bomo primerno oblikovane monolite prenesli v avtoklave in jih pri solvotermalnih pogojih v etanolu ali dimetilformamidu z uporabo primernega liganda prekristalizirali v MOF/polyHIPE heterostrukture.