Органический амин поглотил 99 процентов углекислого газа

Зависимость доли поглощенного углекислого газа от времени для разных соединений. Красная линия соответствует амину на основе изофорона

Seiji Yamazoe et al. / ACS Environmental Au, 2022

Японские химики научились собирать до 99 процентов углекислого газа из его смеси с азотом. Они использовали органический амин, который реагировал с углекислым газом с образованием нерастворимой карбаминовой кислоты. При небольшом нагревании кислота выделяла углекислый газ обратно, пишут ученые в журнале ACS Environmental Au.

Чтобы сократить количество углекислого газа в атмосфере, химики ищут способы избирательной фиксации этого газа из воздуха. Часто для этих целей они применяют органические амины. При взаимодействии с углекислым газом амины образуют гидрокарбонаты — соли угольной кислоты, которая получается при растворении углекислого газа в воде. Эти соли, как правило, хорошо растворяются в воде, и чтобы выделить из них углекислый газ обратно, раствор приходится сильно нагревать. Кроме того, из-за обратимости процесса поглощение часто оказывается неэффективным.

Но есть еще один подход, позволяющий фиксировать CO2 более эффективно. Дело в том, что некоторые амины при взаимодействии с углекислым газом дают карбаминовые кислоты. Эти соединения плохо растворяются в воде и выпадают в осадок при пропускании углекислого газа через раствор амина. Но у них тоже есть недостаток — часто они неустойчивы и слишком легко выделяют углекислый газ обратно.

Химики под руководством Сэйдзи Ямадзоэ (Seiji Yamazoe) из Токийского столичного университета проверили несколько разных аминов и выяснили, что первичные амины, связанные с шестичленными циклами из атомов углерода, легко образуют нерастворимые карбаминовые кислоты. Они решили, что эти соединения можно применить для фиксации CO2 из воздуха.

Химики взяли для эксперимента амин, содержащий изофороновый фрагмент. Они растворили его в диметилсульфоксиде и пробулькали через раствор смесь углекислого газа с азотом (концентрация углекислого газа — четыре десятитысячных процента). Концентрацию CO2 на выходе химики мерили с помощью ИК-спектрометра. В начале эксперимента они обнаружили, что практически весь углекислый газ поглощается раствором. А через 2,5 часа реакции они заметили осадок карбаминовой кислоты. Через 21 час поглощение газа полностью прекратилось.

Далее химики повторили эксперимент, но в этот раз они использовали смесь газов с одной третью CO2 в ее составе. В этом случае доля поглощенного CO2 была ниже, но первые несколько минут эксперимента она превышала 90 процентов. Авторы статьи подчеркивают, что этот результат показывает превосходство их амина над этаноламином — одним из лучших на сегодняшний день поглотителей CO2.

Удостоверившись, что поглощение происходит эффективно, ученые решили проверить, можно ли выделить углекислый газ из карбаминовой кислоты обратно. Они провели термогравиметрическое исследование и выяснили, что весь поглощенный CO2 выделяется при нагревании кислоты до 60 градусов Цельсия. Так химики показали, что поглощенный углекислый газ можно при желании выделить обратно.

Далее химики провели пять последовательных экспериментов, в которых они сначала пробулькивали CO2 через раствор амина, а затем нагревали карбаминовую кислоту до полного выделения поглощенного газа. В результате они выяснили, что эффективность поглощения газа не падает при многократном использовании их амина.

Так химики предложили одну из самых эффективных на сегодняшний день методик поглощения CO2 из воздуха. Эффективность поглощения достигла 99 процентов при атмосферной концентрации CO2, а скорость поглощения составила 201 миллимоль газа в час.

Собранный из атмосферы углекислый газ можно применять в некоторых химических реакциях. Например, недавно мы рассказывали, как CO2 может ускорять реакции синтеза амидов.

Михаил Бойм

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.