#CienciaEnLaVidaCotidiana #QuímicaReticular
El aumento de dióxido de carbono atmosférico, causado principalmente por la combustión de combustibles fósiles (responsable del 80% de las emisiones), requiere el desarrollo urgente de tecnologías eficientes de Captura y Secuestro de CO2 (CCS). Las tecnologías actuales, basadas en soluciones acuosas de alcanolamina, imponen una penalización energética masiva de aproximadamente el 30% de la producción de una central eléctrica, debido al gran aporte de energía necesario para liberar el CO2 capturado.
Las Redes Metal-Orgánicas (MOFs) y otros materiales reticulares (ZIFs y COFs) se presentan como plataformas ideales para la próxima generación de materiales de CCS, ya que permiten ajustar la termodinámica y la cinética de la adsorción/desorción de CO2, mejorando la eficiencia energética. El foco principal se pone en la captura post-combustión (gases de combustión, 1 bar, 40−60∘C), donde el gas consiste principalmente en N2 (77%) y CO2 (16%). La alta polarizabilidad y momento cuadrupolar del CO2 permiten su separación termodinámica del N2.
Las estrategias estructurales clave para la captura post-combustión incluyen:
1. Sitios Metálicos Abiertos (OMS): Sitios de Lewis ácidos que interactúan fuertemente con el CO2 (ej. series (M)MOF-74), resultando en un alto calor isostérico de adsorción (Qst) y alta selectividad. No obstante, estos sitios son vulnerables al agua polar, que reduce drásticamente la capacidad de CO2.
2. Heteroátomos Básicos de Lewis (Aminas): Se pueden injertar aminas orgánicas a los OMS (ej. mmen-CuBTTri) o unirse covalentemente al enlazador (ej. (Mg)IRMOF-74-III(CH2NH2)). Las aminas pueden unir CO2 mediante quimisorción (formando ácido carbámico o carbamato de amonio). Ciertas variantes muestran un mecanismo de adsorción cooperativa que permite altas capacidades de trabajo.
3. Funcionalización del SBU: La introducción de grupos hidroxilo en el SBU puede incluso unir CO2 covalentemente como bicarbonato (MAF-X25-ox).
4. Hidrofobicidad: La incorporación de funcionalidades hidrofóbicas, como en la serie ZIF-300, mantiene la capacidad de CO2 bajo condiciones húmedas, al evitar que el agua ingrese a los poros.
Para comprender estos mecanismos, son cruciales las técnicas de caracterización in situ: la Difracción de Rayos X o Neutrones determina la ubicación precisa de las moléculas adsorbidas; la Espectroscopia IR monitorea los cambios vibracionales (ej. el desdoblamiento de ν2 en CO2 al curvarse) y permite calcular Qst; y la RMN de estado sólido distingue entre las diferentes especies quimisorbidas, como el ácido carbámico frente al carbamato de amonio.
La liberación del CO2 capturado, la etapa más costosa energéticamente, se realiza típicamente mediante ciclos de Adsorción por Oscilación de Temperatura (TSA), Vacío (VSA) o Presión (PSA). El TSA es el proceso más viable para el gas de combustión post-combustión, aprovechando las bajas capacidades caloríficas de los MOFs en comparación con las soluciones de alcanolamina.
Descarga aquí la fuente del episodio.
Suscríbete: Apple Podcasts | Spotify | YouTube Music | RSS
