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Agora é bem sabido que o dióxido de carbono é o maior contribuinte para as mudanças climáticas e se origina principalmente da queima de combustíveis fósseis. Embora haja esforços contínuos em todo o mundo para acabar com nossa dependência de combustíveis fósseis como fontes de energia, a promessa de energia verde ainda está no futuro. Nesse ínterim, algo pode ser feito para reduzir as concentrações de CO 2 na atmosfera?
Seria, na verdade, ser ótimo se o CO 2 na atmosfera poderia ser simplesmente adsorvido. Acontece que, isso é exatamente o que captura direta de ar (DAC), ou a captura de CO 2 sob condições ambientais, pretende fazer. Contudo, nenhum material com a capacidade de adsorver CO 2 eficientemente sob as condições do DAC foi desenvolvido até agora. “É bem sabido que o CO 2 é de natureza ácida. Portanto, materiais de natureza básica são geralmente utilizados como adsorventes de CO 2 . Contudo, que muitas vezes leva à corrosão do sistema e também não é adequado para reciclar o CO adsorvido 2 , "explica o professor Yasushige Kuroda da Universidade de Okayama, Japão, que conduz pesquisas em química de superfície.
Contra este pano de fundo, em um estudo recente publicado no Journal of Materials Chemistry A , cientistas da Universidade de Okayama e do Instituto de Pesquisa em Radiação Síncrotron do Japão (JASRI), liderados pelo Prof. Kuroda, exploraram as propriedades de adsorção de um material que até agora permaneceu em desvantagem:os zeólitos (minerais contendo principalmente óxidos de alumínio e silício). "Os materiais de zeólita têm recebido pouca atenção como adsorventes devido ao seu baixo CO 2 capacidade de adsorção à temperatura ambiente e na região de adsorção de pressão mais baixa, bem como sua baixa seletividade sobre o nitrogênio, "diz o Prof. Kuroda.
Em seu estudo, O Prof. Kuroda e sua equipe desenvolveram um método de troca iônica de zeólita com íons alcalino-terrosos e alcançaram um CO extremamente alto 2 adsorção nas condições ambientais. A equipe escolheu especificamente um zeólito do tipo A (relação silício / alumínio de 1) devido ao seu tamanho de poro apropriado para adsorver CO 2 , enquanto a troca de íons alcalino-terrosos conferiu uma grande força de campo elétrico que, supostamente, atuou como uma força motriz para a adsorção. Os cientistas escolheram um íon de cálcio duplamente carregado (Ca 2+ ) como o íon de troca, uma vez que permitiu a maior quantidade de adsorção. Na verdade, o volume adsorvido observado foi a maior quantidade de CO 2 ter sido adsorvido por qualquer sistema zeólito, superando o de outros materiais em condições semelhantes!
Um novo caminho para a dessorção seletiva e excelente de CO2 à temperatura ambiente e na região de pressão mais baixa, utilizando zeólita do tipo A; a molécula de CO2 adsorvida é simultaneamente fixada por dois tipos de íons Ca2 + trocados nos respectivos locais compreendendo anéis de 8 e 6 membros flanqueados lado a lado, como mostrado nesta figura. Conseguimos separar o CO2 de uma mistura de gases que compreende N2, O2, CO2, e CH4. Crédito:2021 Okayama University-InorgChem
Para investigar o mecanismo de adsorção subjacente, os cientistas realizaram medições no infravermelho distante (IR distante) e as apoiaram com cálculos da teoria funcional da densidade (DFT). Os espectros de infravermelho distante, que detectou os modos vibracionais devido ao Ca 2+ - vibração de zeólito, mostrou uma mudança distinta para comprimentos de onda mais longos após CO 2 adsorção, um recurso que os cientistas não conseguiram reconhecer em outras amostras, por exemplo. Zeólita do tipo A com troca de íon Na. Eles ainda verificaram sua observação com um modelo que mostrou boa concordância com os cálculos DFT.
Além disso, os cientistas foram capazes de dessorver completamente o CO adsorvido 2 e recuperar a amostra original e suas propriedades de adsorção específicas. Além disso, a amostra mostrou uma adsorção seletiva superior de CO 2 de outros gases depois que os cientistas examinaram a separação de CO 2 usando um gás modelo que emula o ar ambiente em sua composição.
As descobertas, portanto, trazem os zeólitos para a vanguarda como um adsorvente eficiente de CO 2 sob condições ambientais, um feito anteriormente considerado inatingível com esses sistemas. "Nosso trabalho pode abrir portas para aplicações potencialmente novas de zeólitas, como na limpeza do ar dentro de espaços semifechados, incluindo ônibus espaciais, submarinos, e salas de concerto, e como um material adsorvente no processo anestésico, "especula o Prof. Kuroda.
Uma coisa é certa, porém:os químicos nunca mais olharão para a zeólita da mesma maneira.
