PROBLEMATIKA

Podnebne spremembe zadnjih desetletjih, so v veliki meri posledica naraščanja emisij toplogrednih plinov iz industrijskih in energetskih obratov.
Z namenom reševanja omenjene problematike na industrijskem nivoju, se v zadnjem času posveča veliko pozornosti iskanju različnih možnosti zajema in shranjevanja CO₂. Poleg tehnologij zajema in shranjevanja vse bolj prehajajo v ospredje tudi različne možnosti uporabe CO₂ kot cenovno ugodne vhodne komponente pri proizvodnji uporabnih kemikalij in nizkoogljičnih goriv.

 

KOVINSKO-ORGANSKI POROZNI MATERIALI

Tako za selektivno adsorpcijo kot za nadaljnjo uporabo CO₂, med bolj obetavne adsorbente v zadnjem času uvrščamo kovinsko-organske porozne materiale (ang. metal-organic frameworks ali MOFs).
Kovinsko-organski porozni materiali so sestavljeni iz anorganskih podenot, ki so preko koordinacijskih vezi povezane z organskimi ligandi v tridimenzionalno porozno strukturo. Njihove strukturne posebnosti so praznine in/ali odprtine natančno definiranih dimenzij in oblik, ki so večinoma urejene v različne sisteme por. Z uporabo ligandov različnih velikosti, ki imajo iste in enako razporejene funkcionalne skupine, lahko z enakim tipom anorganskih enot dobimo materiale z enako topologijo ogrodja, vendar z različno velikimi porami in specifičnimi površinami. Posebnost MOFov je tudi njihova velika specifična površina, ki presega specifične površine vseh do sedaj poznanih poroznih materialov. Ogrodja lahko še dodatno modificiramo z vgradnjo funkcionalnih skupin ter tako pridobimo še dodatna sorpcijska in katalitska mesta za vezavo in aktivacijo plinskih molekul. Vse naštete kemijske in strukturne lastnosti uvrščajo MOFe med najboljše kandidate za učinkovito zajemanje in pretvorbo CO₂.

 

PRIMER PRETVORBE CO₂ V UPORABNE KEMIKALIJE

Eno izmed možnosti izrabe katalitsko aktivnih mest, predstavlja kemijska reakcija cikloadicije epoksidov in CO₂ v ciklične karbonate, ki jih uporabljamo npr. kot intermediate za elektrolite v Li-ionskih baterijah, utekočinjen reagent za pospeševanje degradacije celuloze pri postopku utekočinjenja celuloze, kot reagent pri sintezi (poli)hidroksi-uretanov, itd…
Ko reakcijo cikloadicije katalizirajo MOFi, ta poteče pri energetsko ugodnejših pogojih (1-20 bar ter 50-100 °C). Če reakcijski mešanici dodamo še terciarne amonijeve katione to še dodatno vpliva na izboljšanje konverzije, saj pride do popolne konverzije že pri sobni temperaturi in relativno nizkih tlakih.