Химики из Дании использовали полиэтилентерефталат — распространенный полимер для упаковочных материалов — для получения сорбирующего углекислый газ материала. Они провели реакцию ПЭТ с этилендиамином, и использовали образовавшийся мономерный амин в качестве сорбента. Полученный материал, пишут авторы статья для Science Advances, оказался устойчив при нагревании до 250 градусов Цельсия и поглощает до 15 процентов углекислого газа по массе.
Каждый год химическая промышленность производит несколько десятков миллионов тонн полиэтилентерефталата (ПЭТ), полимера, из которого делают бутылки для воды и другие упаковочные материалы. После использования большую часть ПЭТ сжигают или закапывают, и поэтому химики ищут методы его переработки во что-то ценное.
Химики под руководством Ли Джи Уна (Ji-Woong Lee) из Копенгагенского университета решили превратить отработанные образцы ПЭТ в поглотитель углекислого газа. Их идея была в том, чтобы деполимеризовать ПЭТ с помощью диамина, а полученное вещество использовать в качестве сорбента.
В качестве диамина химики выбрали доступный и дешевый этилендиамин, а в качестве источника ПЭТ — бутылки из-под питьевой воды. Исследователи смешали образец ПЭТ с двумя эквивалентами этилендиамина и нагрели полученную смесь до 60 градусов Цельсия. Через 24 часа химики получили твердый продукт деполимеризации — N1,N4-бис(2-аминоэтил)терефталамид (BAETA) с выходом около 50 процентов. Каждая молекула BAETA содержала по две аминогруппы, способные превращаться в карбаматные группы в присутствии углекислого газа.
Далее химики протестировали BAETA в качестве сорбента углекислого газа. Оказалось, что при температуре в 150 градусов Цельсия BAETA поглощает до 15 процентов углекислого газа относительно массы сорбента. А когда химики повторили эксперимент не с чистым углекислым газом, а со смесью азота (90 процентов по объему) и углекислого газа, поглотилось около 12 массовых процентов CO2.
Как показали ученые, поглощение углекислого газа происходило обратимо. И при нагревании в токе азота, вакууме или в присутствии кипящей воды материал терял поглощенный углекислый газ, а карбаматные группы превращались обратно в аминогруппы.
Так химики получили сорбент для углекислого газа из полиэтилентерефталата. Полученный материал выдерживал до 150 циклов сорбции-десорбции без потери эффективности, и, в отличие от других сорбентов CO2 на основе аминов, не окислялся на воздухе при нагревании вплоть до 100 градусов Цельсия.
Ранее мы рассказывали о том, как химики синтезировали сорбент для углекислого газа на основе ковалентного органического каркаса.