Adsorbimento di gas in Metal Organic Frameworks (MOF) per la cattura di CO2: studio dell'effetto dell'intercalazione con materiale grafenico e .....

In questo lavoro è stato misurato, con tecnica a decadimento di pressione, l'adsorbimento in condizioni statiche ed isoterme di alcuni gas (N2, CH4, CO2) in diversi metal organic frameworks (MOFs) selettivi alla CO2, opportunamente modificati con diverse strategie, per la possibile applicazione in processi di cattura di CO2 in post e pre-combustione e nell'arricchimento di gas naturale o biogas. Il MOF di riferimento è quello noto come HKUST-1 o Cu3(BTC)2, che mostra elevati livelli di adsorbimento e selettività alla CO2. A partire da questa struttura, si è valutato l'effetto sull'adsorbimento e sulla selettività, dell'intercalazione in fase di assemblaggio del MOF di strutture carboniose simili a grafene (Graphene like (GL) layers) che inducono modifiche nel MOF a livello micro strutturale e nella distribuzione della porosità (materiali ibridi indicati come MOF/GL, MGLs). Si è inoltre investigato l'effetto della presenza di centri coordinativi di zinco a parziale sostituzione dei centri di rame (materiali indicati come ZnMOFs) e della simultanea presenza nella struttura della MOF originaria di centri di zinco e GL (ZnMGLs). La caratterizzazione ha permesso la valutazione delle performance dei diversi materiali in comparazione con quella del MOF di riferimento e di altri materiali porosi, quali il carbone attivo. I campioni di MOF sono stati prima evacuati a 120°C per rimuovere le specie adsorbite (umidità e impurezze dell'aria), e posti in forma di polveri nel sistema di misura. La pressione di gas è stata variata da 0 a 25 bar, e la temperatura è stata mantenuta a 35°C. I risultati indicano che i vari materiali hanno capacità adsorbenti piuttosto diverse tra loro, che sono funzione della struttura chimica e della porosità del materiale. Le isoterme mostrano andamento di tipo I, secondo la classificazione IUPAC, nel caso della CO2, mentre N2 e CH4, che vengono adsorbiti in minore quantità, mostrano isoterme di tipo lineare. In particolare, i campioni che mostrano il maggiore adsorbimento di CO2 sono il MOF di riferimento (HKUST-1) e quelli del tipo MGL, mentre i campioni del tipo ZnMOF e ZnMGL e adsorbono CO2 in misura inferiore.