Исследователи Университета Суонси разработали быстрый, экологичный и одноэтапный метод производства пористых углеродных сфер, которые являются жизненно важным компонентом технологии улавливания углерода и новых способов хранения возобновляемой энергии..
Метод позволяет получать сферы с хорошей способностью улавливать углерод, и он эффективно работает в больших масштабах.
Углеродные сферы имеют размеры от нанометров до микрометров. За последнее десятилетие они стали играть важную роль в таких областях, как накопление и преобразование энергии, катализ, адсорбция и хранение газов, доставка лекарств и ферментов и очистка воды..
Они также лежат в основе технологии улавливания углерода, которая улавливает углерод, а не выбрасывает его в атмосферу, тем самым помогая бороться с изменением климата.
Проблема в том, что существующие методы изготовления углеродных сфер имеют недостатки. Они могут быть дорогими или непрактичными, или они производят сферы, которые плохо улавливают углерод. Некоторые используют биомассу, что делает их более экологичными, но для их активации требуется химическое вещество.
Именно здесь работа команды Суонси, базирующейся в Исследовательском институте энергетической безопасности Университета, представляет собой большой прогресс. Он указывает путь к лучшему, более чистому и экологичному способу производства углеродных сфер.
Команда адаптировала существующий метод, известный как CVD - химическое осаждение из паровой фазы. Это включает в себя использование тепла для нанесения покрытия на материал. Используя пиромеллитовую кислоту как источник углерода и кислорода, они применили метод CVD при различных температурах, от 600 до 900 °C. Затем они изучили, насколько эффективно сферы захватывают CO2 при различных давлениях и температурах
Они обнаружили, что:
- 800 °C - оптимальная температура для формирования углеродных сфер
- Ультрамикропоры в полученных сферах придали им высокую способность улавливать углерод как при атмосферном, так и при более низких давлениях
- Удельная площадь поверхности и общий объем пор зависели от температуры осаждения, что приводило к заметному изменению общей способности захватывать диоксид углерода
- При атмосферном давлении самая высокая адсорбционная способность CO2, измеренная в миллимолярах на грамм, для лучших углеродных сфер составляла около 4,0 при 0 °C и 2,9 при 25 °C.
Этот новый подход имеет ряд преимуществ по сравнению с существующими методами производства углеродных сфер. Он не содержит щелочи и не нуждается в катализаторе для формирования сфер. Он использует дешевое и безопасное сырье, которое легко доступно на рынке. Нет необходимости в растворителях для очистки материала. Это также быстрая и безопасная процедура.
Д-р Саид Ходабахши из Научно-исследовательского института энергетической безопасности Университета Суонси, который руководил исследованием, сказал:
Углеродные сферы быстро становятся жизненно важными продуктами для зеленого и устойчивого будущего. Наше исследование показывает экологичный и устойчивый способ их изготовления.
Мы продемонстрировали безопасный, чистый и быстрый способ изготовления сфер. Важно отметить, что микропоры в наших сферах означают, что они очень хорошо улавливают углерод. В отличие от других методов CVD, наша процедура позволяет производить сферы в больших масштабах, не полагаясь на опасные газы и жидкое сырье.
Углеродные сферы также изучаются на предмет возможного использования в батареях и суперконденсаторах. Так что со временем они могут стать необходимыми для хранения возобновляемой энергии, как они уже необходимы для улавливания углерода».