علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
Simple method for converting carbon dioxide into useful compounds
(Kyoto University – مقدمة من جامعة كيوتو اليابانية)
ملخص المقالة:
وجد باحثو في معهد علوم المواد الخلوية المتكاملة بجامعة كيوتو اليابانية طريقة كفوءة للطاقة لتحويل غاز الدفيئة الرئيسي ثاني أكسيد الكربون إلى مواد كيميائية مفيدة، حيث يتحول ثاني أكسيد الكربون إلى هياكل تسمى الأطر المعدنية العضوية، مما يشير إلى طريق جديد وأبسط للتخلص من غازات الدفيئة للمساعدة في معالجة الاحترار العالمي. وللتغلب على كون ثاني أكسيد الكربون غازًا خاملًا، قام الباحثون بإحداث فقاعات ثاني أكسيد الكربون عند درجة حرارة 25 درجة مئوية وضغط 0.1 ميجا باسكال من خلال محلول بجزيء عضوي يسمى البايبرازين. وظهرت الأطر المعدنية العضوية بسرعة كمسحوق بلوري أبيض يمكن جمعه وتجفيفه.
( المقالة )
وقد أجرى البحث علماء في معهد علوم المواد الخلوية المتكاملة بجامعة كيوتو وزملاؤهم، ونُشِرت النتائج في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية.
“إن أخذ ثاني أكسيد الكربون المنبعث من احتراق الوقود الأحفوري وتحويل الغاز إلى مواد كيميائية ومواد قيمة هو نهج واعد لحماية البيئة. ولكن نظرا لأن ثاني أكسيد الكربون جزيء خامل ومستقر للغاية، فمن الصعب دفعه للتفاعل باستخدام عمليات التحويل التقليدية”، يقول ساتوشي هوريك، الكيميائي في معهد علوم المواد الخلوية المتكاملة الذي قاد الدراسة. ويتابع: “يظهر عملنا نهجا أسهل يمكن تشغيله عند درجة حرارة وضغط أقل بكثير. وهذا من شأنه أن يجعل التفاعلات التي تستخدم ثاني أكسيد الكربون أسهل في الإنتاج وأكثر شعبية”.
واستهدف الفريق الياباني الأطر المعدنية العضوية لأن لديها مجموعة واسعة من الاستخدامات، بما في ذلك أجهزة الاستشعار البيولوجية والمحفزات. وعلاوة على ذلك، نظرا لأن الأطر المعدنية العضوية مسامية ويمكنها الاحتفاظ بكميات كبيرة من الغاز، فإنها تبشر بالخير كأجهزة تخزين لوقود الهيدروجين المستدام.
ولتشغيل التفاعل، قام الباحثون بإحداث فقاعات ثاني أكسيد الكربون عند درجة حرارة 25 درجة مئوية وضغط 0.1 ميجا باسكال من خلال محلول بجزيء عضوي يسمى البايبرازين [٢]، في ما يسميه الكيميائيون إجراء “وعاء واحد”. وظهرت الأطر المعدنية العضوية بسرعة كمسحوق بلوري أبيض يمكن جمعه وتجفيفه. وأكد تحليل هيكلها باستخدام الأشعة السينية والتحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي أن التحويل قد تم كما هو مخطط له.
وكانت مساحة سطح الأطر المعدنية العضوية عالية على الرغم من أنها مصنوعة من أكثر من 30٪ من ثاني أكسيد الكربون من حيث الوزن – وهي خصائص تجعلها مناسبة كمواد وظيفية للعديد من التطبيقات.
ويخطط الباحثون الآن لمعرفة كيف يمكنهم استخدام التفاعل لتحويل ثاني أكسيد الكربون مباشرة من الأبخرة الصناعية، مثل تلك التي تطلقها محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم والغاز.
وقال هوريك: “إن الاستخدام المباشر لثاني أكسيد الكربون يمثل تحديا، ولكنه من المحتمل أن يوفر الكثير من الطاقة اللازمة لاحتجاز الغاز وفصله”. وأضاف: “يجب الحد من انبعاث ثاني أكسيد الكربون عن احتراق الوقود الأحفوري وتنظيمه لحماية البيئة. إن طريقتنا هنا هي دليل محتمل للمساعدة في حل بعض المشاكل البيئية الهامة”.
*تمت الترجمة بتصرف
المصدر:
https://phys.org/news/2021-10-simple-method-carbon-dioxide-compounds.html
لمزيد من المعلومات: كينتارو كادواتا وآخرون، One-Pot, Room-Temperature Conversion of CO2 into Porous Metal–Organic Frameworks, Journal of the American Chemical Society (2021). DOI: 10.1021/jacs.1c08227
الهوامش:
[١] يسمى بوليمر التنسيق المسامي (porous coordination polymer – PCP) أيضا بنية معدنية عضوية (MOF) حيث يكون المعدن والمركب العضوي منتظمين ويشكلان باستمرار بنية ثلاثية الأبعاد، ويتم تحقيق المسامية التي يتم التحكم فيها على مستوى النانو. إنها مادة لديها ميزة أن مساحة المسام يمكن تصميمها بحرية (قابليتها للتصميم) عن طريق اختيار الروابط المعدنية والعضوية. وعلى عكس المواد المسامية التقليدية (الكربون المنشط، الزيوليت، وما إلى ذلك)، فإن بوليمر التنسيق المسامي مبني بوضع ربط مرن (رابطة تنسيق)، وقد يكون له هيكل ذو مسام قابلة للفتح والإغلاق. إنه ممكن ويظهر أداء امتزاز / امتزاز من النوع السيني بحيث يتم إيقاف تشغيل المفتاح. وباستخدام المسام المحاذية لبوليمر التنسيق المسامي، يمكن إجراء بحوث عن وظائف جديدة مثل النقل الأيوني، والتوصيل الإلكتروني، والخصائص الكهرومغناطيسية، والإثارة الضوئية، فضلا عن الامتزاز الجزيئي، والفصل، والنقل، والمحاذاة، والتوليف، والتحفيز. يجري النهوض به، كما يجري النظر فيه ليس فقط في صناعة الطاقة والحلول البيئية ولكن أيضا في مجموعة واسعة من الصناعات مثل الأغذية والمستحضرات الصيدلانية والمكونات الإلكترونية والمعدات الكهربائية ومواد البناء والكيمياء وأشباه الموصلات وتطوير الفضاء، ومن المتوقع أن يكون له تأثير كبير على المجال الصناعي. المصدر: https://www.atomis.co.jp/en/technology/
[٢] بايبيرازين هو مركب عضوي يتكون من حلقة مكونة من ستة أعضاء تحتوي على ذرتي نيتروجين في مواقع متعاكسة في الحلقة. يوجد البايبرازين كبلورات قلوية صغيرة ذات مذاق ملحي. البايبرازينات هي فئة واسعة من المركبات الكيميائية، وكثير منها له خصائص دوائية هامة، والتي تحتوي على مجموعة وظيفية أساسية من البايبرازين. سميت البايبرازينات في الأصل بسبب تشابهها الكيميائي مع البايبيريدين، وهو جزء من بنية البايبرين في نبات الفلفل الأسود (بايبر نيغروم Piper nigrum). ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن البيبرازينات مشتقة من النباتات في جنس بايبر. ويكيبيديا.
