Δισδιάστατα ανόργανα και υβριδικά υλικά με εφαρμογές στο διαχωρισμό αερίων : σύνθεση, δομή, φασματοσκοπικός και φυσικοχημικός χαρακτηρισμός

Loading...
Thumbnail Image

Date

2020-07-19

Authors

Μέτσος, Βασιλική

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Publisher

Abstract

Τα μεταλλικά οργανικά δίκτυα (metal organic frameworks, MOFs) έχουν αναδειχθεί ως μια ελκυστική κατηγορία πορωδών κρυσταλλικών πολυμερικών υλικών τα τελευταία χρόνια, τα οποία συντίθενται από μεταλλοϊόντα και οργανικούς υποκαταστάτες με εξαιρετικά οργανωμένες διευθετήσεις στο χώρο, δημιουργώντας πόρους διαφόρων διαμέτρων. Σε σύγκριση με τα κοινά ογκώδη MOFs, τα νανόφυλλα MOFs δύο διαστάσεων (2D MNS) παρουσιάζουν εντυπωσιακές ιδιότητες, όπως το εξαιρετικά λεπτό τους πάχος και οι πιο προσιτές ενεργές τους θέσεις, και θεωρούνται σήμερα ως μια κατηγορία συναρπαστικών νέων υλικών δύο διαστάσεων. Η δομική ποικιλομορφία του δικτύου και η πολυλειτουργικότητα των πόρων καθιστούν αυτή την κατηγορία υλικών υποψήφια για μια πληθώρα περιβαλλοντικών εφαρμογών, όπως είναι ο διαχωρισμός αερίων, η μετατροπή και η αποθήκευση ενέργειας, καθώς επίσης και η χρήση τους ως καταλύτες, αισθητήρες, πιεζοηλεκτρικά και μαγνητικά υλικά. Η αυξανόμενη συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα έχει οδηγήσει στην αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη και στις κλιματικές αλλαγές. Έτσι, το ερευνητικό ενδιαφέρον έχει στραφεί στην ανάπτυξη τεχνολογιών για τη δέσμευσή του. Η χρήση των μεμβρανών για το διαχωρισμό αερίων παρουσιάζει συνεχώς αυξανόμενο ενδιαφέρον, αφού συνδυάζει την απλότητα της εγκατάστασης και λειτουργίας με το χαμηλό κόστος και την χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Συγκεκριμένα, οι σύνθετες μεμβράνες πολυμερούς με ανόργανα πορώδη υλικά παρουσιάζονται ιδιαίτερα ελκυστικές αφού συνδυάζουν την ευκολία παρασκευής, την ευκαμψία και το χαμηλό κόστος επένδυσης των πολυμερών με τις εξαιρετικές ιδιότητες διαπερατότητας και εκλεκτικότητας των ανόργανων πορωδών υλικών. Στην παρούσα Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία, παρασκευάστηκε υπό αερόβιες συνθήκες αντίδρασης, και χαρακτηρίσθηκε δομικά, φασματοσκοπικά και φυσικοχημικά μια νέα πολυμερική ανόργανη ένωση με χημικό τύπο {[Tb2(NO3)2(atp)2(DMF)4](benzene)}n, που προέκυψε από τη χρήση του γεφυρωτικού υποκαταστάτη 2-αμινοτεραφθαλικό οξύ (atpΗ2). Το προκύπτον δισδιάστατο μοριακό πολυμερές εμφάνισε μεγάλο πορώδες με μέση διάμετρο πόρων ⁓1.2 Å. Επιπρόσθετα, συντέθηκε και χαρακτηρίσθηκε φασματοσκοπικά το συμπολυμερές P(IB-TFAPh), με χρήση του εμπορικά διαθέσιμου μονομερούς 2,2,2-τριφθοροακετοφαινόνης. Τέλος, παρασκευάσθηκε το υβριδικό υλικό συμπολυμερούς/ανόργανου πολυμερούς, το οποίο προέκυψε από την ενσωμάτωση του πορώδους ανόργανου μοριακού υλικού στην πολυμερική μήτρα, με σκοπό τη δημιουργία μεμβρανών για τη διεργασία διαχωρισμού αερίων. Αξίζει να αναφερθεί ότι η υβριδική μεμβράνη εμφανίζει υψηλότερες τιμές διαπερατότητας ως προς CO2, H2, CH4 και H2O, και εκλεκτικότητας ως προς τα μίγματα αερίων CO2/CH4 και H2O/CH4 σε σύγκριση με την αυτούσια πολυμερική μεμβράνη.

Description

Keywords

Μεταλλικά οργανικά δίκτυα (MOFs), Δισδιάστατα υλικά, Σύμπλοκες ενώσεις, Συμπολυμερές, Μεμβράνες μικτής μήτρας, Διαχωρισμός αερίων, Εκλεκτικότητα, Διαπερατότητα

Citation