p Akira Takahashi (pesquisador) e colaboradores institucionais descobriram que o pigmento azul azul da Prússia tem uma capacidade de adsorção maior do que os adsorventes de amônia comuns, e controlou a estrutura do azul da Prússia para sintetizar análogos do azul da Prússia com maior capacidade de adsorção de amônia. p O azul da Prússia é um pigmento usado desde os primórdios. No presente estudo, os pesquisadores descobriram que o azul da Prússia adsorve mais amônia do que os adsorventes comuns, como zeólita e carvão ativado. Em analogia com os íons metálicos incluídos no azul da Prússia substituídos por outros íons metálicos e mais defeitos, a quantidade de amônia absorvida aumentou. Além disso, enquanto os adsorventes de amônia comuns têm baixa capacidade de adsorção para amônia de baixa concentração, O azul da Prússia foi capaz de adsorver amônia de baixa concentração no ar em "níveis inodoros". Também foi confirmado que os análogos do azul da Prússia podem liberar amônia uma vez adsorvida, tornando-os reutilizáveis.

p Espera-se que essa tecnologia seja usada como uma contramedida para o odor de amônia em lares de idosos, uma tecnologia para supressão de geração de PM 2,5, e uma tecnologia para remover a amônia do combustível de hidrogênio.

p Os detalhes desta tecnologia serão publicados em um jornal americano de química, Jornal da American Chemical Society .

p A amônia é a substância química mais produzida no mundo, com seus principais usos como matéria-prima para produtos químicos como fertilizantes e fibras. Ainda, a amônia também é uma substância malcheirosa, e urina, por exemplo, se decompõe em amônia e causa mau cheiro. Também, amônia na atmosfera é uma substância causadora do material particulado fino PM 2,5, acredita-se que se origine principalmente da dissipação de amônia da agricultura e da pecuária. Portanto, é necessária uma tecnologia para remover a amônia diluída contida na atmosfera. Além disso, se a amônia estiver contida no hidrogênio fornecido a uma célula de combustível, tem um efeito adverso na capacidade de geração de energia da célula de combustível, portanto, os padrões internacionais de hidrogênio para veículos com células de combustível exigem uma concentração de amônia inferior a 0,1 ppm. Particularmente no Japão, o governo está avançando no desenvolvimento de tecnologia para fazer hidrogênio a partir da amônia, portanto, uma tecnologia para remover a amônia do combustível de hidrogênio é crucial.

p Atualmente, carvão ativado, zeólito, e resinas de troca iônica são usadas como adsorventes de amônia comuns. Contudo, esses adsorventes têm problemas como dificuldade de reutilização, baixa capacidade de adsorção para amônia de baixa concentração, e preços altos. Então, tem havido demanda por adsorventes de amônia reutilizáveis ​​e de baixo preço que demonstrem alta capacidade de adsorção, mesmo para amônia de baixa concentração.

p Recentemente, polímeros de coordenação porosos compostos de íons metálicos e pequenas moléculas, com redes espaciais finas dentro, ganharam atenção como novos materiais para adsorção e recuperação de gás. A AIST conduziu pesquisas e desenvolvimento de remoção de substâncias nocivas usando polímeros de coordenação porosos. Em particular, AIST tem desenvolvimento avançado usando polímeros de coordenação porosos, ou seja, complexos do tipo azul da Prússia, para adsorver césio radioativo com alta eficiência, e usá-los em uma tecnologia de redução de volume para contaminação baseada em plantas.

p No presente estudo, os pesquisadores usaram a estrutura dos análogos do azul da Prússia e do azul da Prússia para desenvolver uma tecnologia de remoção de gás de amônia, ao mesmo tempo em que busca a melhoria da capacidade de adsorção de amônia por controle estrutural em nível atômico.

p O azul da Prússia é um pigmento azul com mais de 300 anos de história, e foi usado para pintura por Vincent van Gogh, Katsushika Hokusai, e outros. O azul da Prússia tem uma estrutura na qual íons de ferro (Fe) e íons de hexacianoferrato ([Fe (CN) ₆ ]) estão conectados tridimensionalmente, com aproximadamente 0,5 nanômetro (nm) de espaços microscópicos (sítios intersticiais) que podem capturar amônia (Fig. 1 (a)). A estrutura do azul da Prússia pode ser controlada em escala atômica, por exemplo, substituir íons de ferro por outros íons de metal ou fazer defeitos onde os íons de hexacianoferrato ([Fe (CN) ₆ ]) estão faltando (Fig. 1 (b)). No presente estudo, os pesquisadores se concentraram no fato de que os íons metálicos expostos nesses defeitos (locais vazios) facilmente formam ligações de coordenação com as moléculas, e investigou se o azul da Prússia insolúvel com defeitos é capaz de adsorção de amônia em alta densidade ou não. Para aumentar ao máximo os locais vagos, um método foi desenvolvido para aumentar o número de defeitos, enquanto reduz o conteúdo de íons de metal alcalino que são susceptíveis de induzir os locais intersticiais. Os pesquisadores, assim, criaram um análogo do azul da Prússia substituído com cobalto (Co [Co (CN) ₆ ] _0,60 , CoHCC) e um análogo de azul da Prússia substituído com cobre (Cu [Fe (CN) ₆ ] _0,50 , CuHCF) e avaliou sua capacidade de adsorção de amônia junto com o azul da Prússia.

p Primeiro, os pesquisadores avaliaram a quantidade de adsorção na amônia pura como o desempenho básico dos adsorventes. A Figura 2 mostra as relações entre a pressão de amônia e os valores de adsorção quando o azul da Prússia, CoHCC, e CuHCF foram colocados em amônia, respectivamente. Ele também mostra os dados dos tipos com maior quantidade de adsorção de um documento avaliando e comparando vários produtos para os adsorventes comuns, como resinas de troca iônica, zeólito, e carvão ativado). A quantidade de adsorção de amônia de azul da Prússia foi de 12,4 mol (211 g) / kg a 1 atm, um valor mais alto do que os adsorventes comuns. Isso corresponde à adsorção de 11 moléculas de amônia por célula unitária de azul da Prússia com um volume de aproximadamente 1 nm ³ . Além disso, os análogos CoHCC e CuHCF apresentaram altas quantidades de adsorção de 21,9 mol (373 g) / kg e 20,6 mol (351 g) / kg, respectivamente. CoHCC, em particular, tinha uma quantidade de adsorção de amônia de 16,2 moléculas por célula unitária, adsorvendo 93 por cento da quantidade máxima de adsorção estimada de 17,6 moléculas.

p Próximo, os pesquisadores colocaram um filme de azul da Prússia em um laboratório normal mostrando concentração de amônia de 0,015 ppm, e examinou o comportamento de adsorção de amônia diluída. Como resultado, a quantidade de adsorção de amônia do filme azul da Prússia aumentou com o tempo, mostrando uma quantidade de adsorção de 0,3 mol (5,1 g) / kg (Fig. 3 (a)). Isso significa que a concentração diluída de amônia contida na atmosfera foi adsorvida e aprisionada no espaço fino do azul da Prússia que corresponde a 1 parte em 700, 000, 000 por conversão de volume. Pensa-se que o azul da Prússia pode adsorver essa amônia diluída porque a amônia adsorvida (NH ₃ ) reage com água em azul da Prússia para formar um íon amônio (NH ₄ ⁺ ), está estabilizado, e está preso dentro do azul da Prússia sem ser relançado no ar. A capacidade de adsorção de amônia da resina de troca iônica (Amberlyst) e zeólita em uma sala, onde a amônia da mesma concentração está contida. O zeólito não adsorveu quase nenhuma amônia. A resina de troca iônica mostrou capacidade de adsorção semelhante à do azul da Prússia, mas é extremamente caro. Esses fatos indicam a superioridade do azul da Prússia.

p Além disso, a fim de verificar se a amônia é adsorvida pelo azul da Prússia com rapidez suficiente, os pesquisadores encheram um tubo fino com azul da Prússia, e deixe o ar contendo aproximadamente 1 ppm de amônia passar a uma velocidade tal que o azul da Prússia e o ar fiquem em contato por apenas 2 milissegundos. Conforme mostrado na Fig. 3 (b), depois que o ar com uma concentração de amônia de 0,86 ppm passou pelo tubo, diminuiu para 0,036 ppm, adsorvendo e removendo 96 por cento da amônia. Além disso, nos testes conduzidos da mesma forma, tanto CuHCF quanto CoHCC adsorveram e removeram mais de 90 por cento da amônia.

p Finalmente, os pesquisadores verificaram se os análogos recém-fabricados poderiam ser usados ​​repetidamente como adsorventes. Como resultado, em aplicações que removeram amônia diluída da atmosfera, a amônia adsorvida foi dessorvida lavando CuHCF com um ácido diluído, e o CuHCF pode ser reutilizado como adsorvente. Também, em aplicações para armazenar amônia pura, CoHCC foi capaz de uso repetido.

p Os análogos do azul da Prússia usados ​​neste estudo são semelhantes aos materiais usados ​​como adsorventes de césio radioativos até agora, e há uma variedade de técnicas de formação para os adsorventes de césio radioativos, tais como grânulos e tecidos não tecidos que suportam um absorvente. AIST continuará o desenvolvimento para que o azul da Prússia e seus análogos possam ser usados ​​como adsorventes de amônia, como o desenvolvimento de tecidos não tecidos com suporte para azul da Prússia para instalá-los em ventiladores em instalações que têm potencial para a dissipação de amônia, inclusive em casas de porcos e edifícios de compostagem, e remover amônia que pode causar mau cheiro e PM 2,5, e desenvolver tubos de ventilação de gás revestidos com azul da Prússia em sua superfície interna que podem ser instalados em estações de hidrogênio para remover amônia. Além disso, A AIST planeja pesquisar empresas para pesquisa conjunta e transferência de tecnologia, e visa o uso prático da remoção e armazenamento de amônia.