Способ подбора металлорганических каркасов для фильтрации CO2

Способ подбора металлорганических каркасов для фильтрации CO2

Одним из способов снижения воздействия дымовых газов на загрязнение окружающей среды состоит в том, чтобы извлекать из CO2 с последующим сохранением в геологических формациях. Или же можно перерабатывать этот продукт горения. Сейчас проводится огромное количество исследований, направленных на поиск новых материалов, способных фильтровать CO2 из дымовых газов. Металлоорганические каркасы (MOF) являются одними из наиболее многообещающих вариантов.

Как сушить «мокрые» дымовые газы?

Однако большинство материалов на основе MOF требуют в первую очередь высушивания «мокрого» дымового газа, что технически осуществимо, но сопровождается дорогостоящим процессом. Следовательно, этот вариант с наименьшей вероятностью будет реализовано на коммерческой основе.

В целом же, материалы, эффективно вбирающие CO2, оказались ещё более эффективными на случай улавливания воды. Этот факт делает такие материалы малопригодными для работы с влажными дымовыми газами. Похоже, что в большинстве таких структур CO2 и вода конкурируют за одни и те же места адсорбции — области в структуре материала, которые фактически захватывают целевую молекулу.

Между тем команда учёных EPFL разработала инновационную структуру, которая предотвращает обозначенную «конкуренцию». Структура не подвержена воздействию воды и способна более эффективно улавливать углекислый газ из влажных дымовых газов, чем уже разработанные многие коммерческие материалы.

Прорыв в разработке вычислительных материалов стал возможен благодаря тому, что учёные использовали нестандартный подход для преодоления трудностей, связанных с построением материалов: неходовые инструменты обнаружения лекарств.

Когда фармацевтические компании настроены на поиски нового лекарства, изначально проверяются миллионы молекул, чтобы определить, какие из молекул способны связываться с целевым белком.

Те молекулы, которые поддерживают связь, затем сравниваются с целью определения, какие структурные свойства имеют общий характер. Устанавливается общий мотив, который формирует основу для конструирования и синтеза реальных молекул лекарств.

Неординарная технология вычисления структуры MOF

Используя этот неординарный подход, учёные EPFL создали на компьютере 325 000 материалов, общим мотивом которых является способность связывать углекислый газ. Все материалы принадлежат к семейству металлоорганических каркасов (MOF) — популярных и универсальных структур.

Чтобы сузить выбор, учёные выполнили поиски общих структурных мотивов среди MOF, хорошо связывающих CO2, но не воду. Затем этот подкласс был дополнительно сужен путем добавления параметров селективности и эффективности, пока алгоритм генерации MOF исследователей окончательно не остановился на 35 материалах. Имеются в виду материалы, демонстрирующие лучшую способность улавливать CO2 из влажного дымового газа. Вот и вся технология.


При помощи информации: EPFL