Design of ni-metal organic framework (Ni-MOF(74)) for efficient CO2 adsorption

Abstract

Dünya atmosferindeki yüksek CO2 oranı ve sebep olduğu küresel etkilere karşı atılması gereken adımların aciliyeti her geçen gün artmakta ve bilim ile endüstri arasındaki iş birliği çabalarını gerekli kılmaktadır. Bu yolda geliştirilmekte olan en önemli teknolojilerden biri de karbon yakalama, kullanım ve depolama (CCUS) teknolojileridir. Temelinde CO2 adsorpsiyonu yatan CCUS teknolojilerinin etkili bir şekilde kullanımı CO2 yakalama kapasitesi yüksek materyallerin geliştirilmesi ve pratik uygulamalara uygun hale getirilmesini gerektirmektedir. Bu çalışmada, gelecekteki CO2 yakalama teknolojileri için en umut verici malzemelerden biri olan Ni-MOF-74 sentezlenmiş, karakterize edilmiş ve CO2 adsorpsiyon kapasitesi test edilmiştir. Sentez sürecini takiben, Ni-MOF-74 akrilik kumaş üzerine çeşitli uygulamalarda kullanılabilecek esnek bir yapı elde etmek amacı ile yüklenmiştir. Bu çalışmada sentezlenmiş olan Ni-MOF-74 ile elde edilen en yüksek yüzey alanı ve CO2 adsorpsiyon kapasitesi sırası ile 180 m2/g ve 1.98 mmol/g'dır. Sentezlenen Ni-MOF-74 akrilik kumaş üzerine damlatma döküm yöntemi kullanılarak başarı ile yüklenmiştir. Elde edilen bu esnek yapı, CO2 adsorpsiyon kapasitesinde yalnızca %8'lik bir azalma göstermiştir. Bu oran, pratik uygulamalar için umut vadederken malzemenin esnek yapısı, geniş bir uygulama alanında kullanılma olanağı sunmaktadır.

The urgency the address high CO2 concentrations in the Earth's atmosphere increases each day prompting collaborative efforts between industry and the science community to develop various solutions. Among these, carbon capture utilization and storage (CCUS) technologies are proven to be integral. Rooted in CO2 adsorption, carbon capture forms the cornerstone of CCUS technologies. Consequently, developing effective CO2 capture materials and designing systems capable of integrating these materials into real-world practical applications play a crucial role. In this study, one of the most promising materials for future CO2 capture technologies, Ni-MOF-74, is synthesized, characterized, and tested for CO2 adsorption capacity. Following the synthesis process Ni-MOF-74 is immobilized on acrylonitrile fabric in order to achieve a flexible and versatile structure with high CO2 capacity that can be integrated in various applications. The highest surface area and CO2 adsorption capacity achieved by the synthesized Ni-MOF-74 powder are 180 m2/g and 1.98 mmol/g, respectively. Synthesized Ni-MOF-74 powder was successfully immobilized on an acrylic fabric substrate through the drip casting method. The resulting composite showed a decrease in CO2 adsorption capacity only by 8% which is promising for practical applications and a fair compromise considering that the flexible structure offers an opportunity to be utilized in a wide range of scenarios.