I COFs tra i migliori assorbenti per lo stoccaggio di idrogeno, il gas naturale e di CO2

I COFs ( Reticoli Organici Covalenti) reti cristallino – organiche termicamente stabili e altamente funzionali – sono tra gl’assorbenti più porosi e i migliori per l’idrogeno, il metano e il biossido di carbonio, secondo un nuovo studio dei professori Omar Yaghi e Hiroyasu Furukawa

che hanno pubblicato presso il Centro Reticolare di Chimica presso la UCLA. Un documento sui loro risultati è stato pubblicato on-line il 4 giugno nel Giornale della Società Chimica Americana.Yaghi e i suoi colleghi sono stati i primi ad inventare le nuove classi di materiali cristallino – porosi: i Reticoli Organici Metallici (MOFs), ed ora i COFs, come riportato dalla rivista Science nel 2007.

A differenza dei MOFs, le strutture dei COF sono interamente composte da elementi leggeri (Idrogeno, Boro, Carbonio ed Ossigeno), che sono legate da forti legami covalenti (Boro-Ossigeno, Carbonio-Carbonio, e Boro-Carbonio) a fare una classe dei materiali altamente porosa. In effetti, un membro di questa classe ha la più bassa densità mai riferita di un solido cristallino (0,17 g cm -3 per COF-108). Questo ci ha portato a studiare la possibilità di ricorrere ai COFs nella conservazione di alcuni gas rilevanti per l’energia pulita. Qui abbiamo riportato la prima relazione degli studi di assorbimento di idrogeno, metano e biossido di carbonio nei COFs e dimostrare che i COFs si collocano tra i materiali più performanti in termini di capacità di stoccaggio dei gas. -Furukawa e Yaghi (2009)

Furukawa e Yaghi hanno classificato sette diversi COFs in tre gruppi in base alla loro dimensione strutturale e corrispondenti dimensioni dei pori:

Gruppo 1: strutture 2D con piccoli pori 1D (9 Angstrom per ciascuna delle COF-1 e COF-6)
Gruppo 2: strutture 2D con grandi pori 1D (27, 16 e 32 Angstrom per COF-5, COF-8, e COF-10, rispettivamente)
Gruppo 3: strutture 3D con pori medi 3D (12 Angstrom per ciascuna delle COF COF-102 e-103)

(ricordiamo che gli Angstrom non sono riconosciuti dal SI e corrispondono a 0,1 nanometri, milionesimi di millimetro, NDR)

Di seguito le misurazioni isotermiche effettuate per H2, metano e biossido di carbonio da 1 a 85 bar (da 0,1 a 8,5 Mpa) e 77-298 K (-196 ° C a 25° C), i ricercatori hanno così scoperto che i risultati del Gruppo 3 dei COFs sorpassano i risultati del gruppo 1 e 2 dei COFs e il miglior metallo-organico scoperto, e di altri materiali reticolari porosi nelle loro capacità di assorbimento.A 35 bar, COF-102 ha dimostrato un eccesso di assorbimento di gas di 72 mg g -1 a 77 K per l’idrogeno; 187 mg g -1 a 298 K per il metano, e 1.180 mg g -1 a 298 K per il biossido di carbonio).

Idrogeno

Per l’idrogeno, il Gruppo 3 COFs dimostra una delle migliori prestazioni nella classe di materiali di assorbimento fisico, avvicinando l’obiettivo del sistema DOE per il 2010 a 77 K (6,0% in peso e 45 g di H 2 L -1). Ancora più importante, le note dei ricercatori, comparando l’H2 assorbito dal gruppo 3 di COFs con quello assorbito dai MOFs, indica che la capacità di assorbimento di H2 è indipendente dalla composizione della spina dorsale della struttura e che la progettazione di doping metallico dei reticoli ad alta affinità è un promettente percorso per migliorare le prestazioni di stoccaggio a temperatura ambiente.

Metano

L’attuale obiettivo di stoccaggio fissato dal DOE è di 180 cm 3 (STP) cm -3 a 35 bar, che è paragonabile alla densità di energia del gas naturale compresso a 250 bar.

Sorprendentemente, per il [COF-102] l’assorbimento a 35 bar di CH4 è di circa 4 volte superiore al CH4 alla rinfusa con densità e pressione alla stessa temperatura. I valori in cm 3 per unità centimetri -3 per il COF-102 sono ben entro l’obiettivo stabilito dalla DOE di 180 cm 3 per centimetri -3 a 35 bar. Va osservato che il contributo del fattore di stoccaggio dei COF in esame è importante per determinare il carico in un pratico contenitore. Infatti, l’effettivo carico volumetrico è il 20-30% più piccolo rispetto ai dati attuali, se la densità del metano è 0,7.La densità di stoccaggio è influenzata dalle forme e dalle dimensioni dei materiali e di solito è sotto l’unità, anche se questi numeri per i COFs qui non sono disponibili. – Furukawa e Yaghi (2009)

(Il gruppo di Yaghi ha una lunga tradizione di collaborazione con BASF per espandere l’uso del metano come carburante automobilistico; l’impresa contribuisce al finanziamento della ricerca e ha concesso in licenza la tecnologia MOF e sta facendo passi avanti sulla sua commercializzazione).

CO2

Furukawa e Yaghi hanno trovato che il rapporto tra il diametro dei pori e la pressione di saturazione dei COFs per la memorizzazione di CO2 è simile a quella del MOFs, indicando che l’assorbimento di questo gas nei COFs è sostanzialmente la stessa che nei MOFs. L’elevata capacità di stoccaggio di CO2 dei COFs potrebbe essere applicabile a breve termine per l’immagazzinamento e il trasporto di CO2, anche se è inferiore a quella di taluni altri materiali.

Fonte: http://www.greencarcongress.com – Traduzione a cura di Graziano Fornasari