La investigación del aire limpio convierte los contaminantes tóxicos del aire en químicos industriales

26.11.2019

The University of Manchester

MFM-520

Un contaminante tóxico producido por la quema de combustibles fósiles puede ser capturado de la corriente de gases de escape y convertido en químicos industriales útiles usando sólo agua y aire gracias a un nuevo material avanzado desarrollado por un equipo internacional de científicos.

Una nueva investigación dirigida por la Universidad de Manchester, ha desarrollado un material de estructura metal-orgánica (MOF) que proporciona una capacidad selectiva, totalmente reversible y repetible para capturar el dióxido de nitrógeno (NO2), un contaminante tóxico del aire producido particularmente por el uso de diesel y biocombustibles. El NO2 puede entonces convertirse fácilmente en ácido nítrico, una industria multimillonaria con usos que incluyen fertilizantes agrícolas para cultivos, propulsores para cohetes y nylon.

Los MOFs son pequeñas estructuras tridimensionales que son porosas y pueden atrapar gases en su interior, actuando como jaulas. Los espacios vacíos internos en los MOFs pueden ser muy grandes para su tamaño, sólo un gramo de material puede tener una superficie equivalente a un campo de fútbol.

El mecanismo altamente eficiente de este nuevo MOF fue caracterizado por investigadores que utilizaban la dispersión de neutrones y la difracción de rayos X de sincrotrón en el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía y en el Laboratorio Nacional Berkeley, respectivamente. El equipo también utilizó el Servicio Nacional de Espectroscopia de Resonancia Paramagnética de Electrones de Manchester para estudiar el mecanismo de adsorción de NO2 en MFM-520. La tecnología podría conducir al control de la contaminación atmosférica y ayudar a remediar el impacto negativo del dióxido de nitrógeno en el medio ambiente.

Como en Nature Chemistry, el material, llamado MFM-520, puede capturar dióxido de nitrógeno a presiones y temperaturas ambientales, incluso en bajas concentraciones y durante el flujo, en presencia de humedad, dióxido de azufre y dióxido de carbono. A pesar de la naturaleza altamente reactiva del contaminante, el MFM-520 demostró ser capaz de regenerarse completamente varias veces por desgasificación o por tratamiento con agua en el aire, un proceso que también convierte el dióxido de nitrógeno en ácido nítrico.

"Este es el primer MOF que captura y convierte un contaminante tóxico y gaseoso en un producto industrial útil", dijo el Dr. Sihai Yang, autor principal y profesor principal del Departamento de Química de la Universidad de Manchester. "También es interesante que la mayor tasa de absorción de NO2 por este MOF ocurre alrededor de los 45 grados centígrados, que es la temperatura de los escapes de los automóviles."

El profesor y vicepresidente y decano de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Manchester, Martin Schröder, uno de los autores principales del estudio, dijo: "El mercado mundial de ácido nítrico en 2016 era de 2.500 millones de dólares, por lo que existe un gran potencial para que los fabricantes de esta tecnología MOF recuperen sus costes y se beneficien de la producción resultante de ácido nítrico. Especialmente porque los únicos aditivos requeridos son el agua y el aire".

Como parte de la investigación, los científicos utilizaron espectroscopia de neutrones y técnicas computacionales en ORNL para caracterizar con precisión cómo MFM-520 captura las moléculas de dióxido de nitrógeno.

"Este proyecto es un excelente ejemplo del uso de la ciencia de los neutrones para estudiar la estructura y actividad de las moléculas dentro de los materiales porosos", dijo Timmy Ramírez-Cuesta, coautor y coordinador de la iniciativa de química y catálisis de la Dirección de Ciencias Neutrónicas de ORNL. "Gracias al poder penetrante de los neutrones, rastreamos cómo las moléculas de dióxido de nitrógeno se organizaban y se movían dentro de los poros del material, y estudiamos los efectos que tenían en toda la estructura del MOF".

"La caracterización del mecanismo responsable de la alta y rápida absorción de NO2 informará los futuros diseños de materiales mejorados para capturar los contaminantes del aire", dijo Jiangnan Li, el primer autor y estudiante de doctorado de la Universidad de Manchester.

En el pasado, la captura de gases de efecto invernadero y tóxicos de la atmósfera era un desafío debido a sus concentraciones relativamente bajas y a que el agua en el aire compite y a menudo puede afectar negativamente la separación de las moléculas de gas objetivo de otros gases. Otra cuestión era encontrar una forma práctica de filtrar y convertir los gases capturados en productos útiles y de valor añadido. El material MFM-520 ofrece soluciones a muchos de estos desafíos.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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