Siêu vật liệu hấp thụ CO2

Cơ chế hấp thụ CO2

Trong một chủ đề được đăng tải trên tạp chí Nature số ra tháng này, nhóm nghiên cứu quốc tế gồm các nhà khoa học tại USF và KAUST đã tìm ra một vật liệu kim loại-hữu cơ (MOM) chưa được tận dụng trước đó là SIFSIX-1-Cu có cơ chế hấp thụ CO2 rất hiệu quả. Giáo sư hóa học Mike Zaworotko tại USF cho biết SIFSIX-1-Cu thậm chí có thể thu lại CO2 ngay cả khi có sự hiện diện của hơi nước - một tiêu chuẩn mà các vật liệu khác chưa thể đáp ứng. Vì vậy, vật liệu nói trên là một ứng cử viên rất hứa hẹn cho các ứng dụng thực tế.

SIFSIX-1-Cu là một loại tinh thể có các nguyên tử định hình thành một mạng lưới 3 chiều với các lỗ trống giúp "bẫy" lại phân tử CO2 trong khi vẫn cho phép các phân tử khác trong không khí vượt qua. SIFSIX-1-Cu hay còn được gọi là một biến thể của hexaflourosilicate (SiF6) bao gồm cả các thành phần hữu cơ và kim loại.

Những thuộc tính đầu tiên của SIFSIX-1-Cu đã được sinh viên Stephen Burd dưới sự dẫn dắt của Zaworotko tại đại học USF phát hiện theo một dự án nghiên cứu tốt nghiệp. Và hôm nay, nhóm nghiên cứu quốc tế hợp tác giữa USF và KAUST đã tìm ra ra đặc tính chọn lọc CO2 cao của vật liệu này.

Để xác nhận những phát hiện của mình, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các siêu máy tính mô phỏng tại trung tâm điện toán cao cấp Texas và trung tâm siêu máy tính tại San Diego.

Việc dự đoán chính xác hành vi của một số lượng phân tử dù nhỏ vẫn đòi hỏi một lượng lớn bộ nhớ máy tính - hơn 1 TB. Những phép tính này chỉ có thể được thực hiện bởi Blacklight - chiếc máy tính chia sẻ bộ nhớ lớn nhất thế giới được đặt tại trung tâm siêu máy tính Pittsburgh. Sau đó, các nhà nghiên cứu sử dụng các kết quả từ Blacklight để mô hình hóa hành vi của các loại khí và MOM trên các máy tính Ranger tại trung tâm điện toán cao cấp Texas và Testles tại trung tâm siêu máy tính San Diego.

Nhóm nghiên cứu tin rằng vật liệu sẽ có 3 ứng dụng tiềm năng, đó là: hấp thụ carbon từ các nhà máy năng lượng đốt than; tinh lọc methane trong các giếng khí tự nhiên và công nghệ làm sạch than đá cải tiến. Quy trình làm sạch than đá hiện tại tiêu thụ khoảng từ 20 đến 30% năng lượng đầu ra của nhà máy. Vì vậy, vật liệu mới có thể khiến những nhà máy này hoạt động hiệu quả hơn và cung cấp nhiều điện hơn vào lưới điện, các nhà khoa học dự đoán.

Bước đi tiếp theo của nhóm nghiên cứu là sẽ hợp tác với đội ngũ kĩ sư để xác định khả năng sản xuất và khai thác vật liệu cho các ứng dụng thực tế.