Vědci věří, že porézní materiál připomínající houbu by mohl znamenat revoluci ve snaze o zlepšení kvality vzduchu a významně přispět k boji proti změně klimatu.
Nový materiál vyvinul profesor Michael Zaworotko, vědecký pracovník Irské nadace pro výzkum na Limerické univerzitě, a jeho kolegové. Výsledky byly zveřejněny v prestižním časopise Nature Materials 28. dubna 2022.
Těkavé organické sloučeniny (VOC) včetně benzenu jsou třídou toxických znečišťujících látek, které způsobují závažné environmentální a zdravotní problémy. Vývoj technologií, které by odstraňovaly benzen ze vzduchu, a to s nízkou energetickou náročností, představuje výzvu, kterou se dosud nepodařilo překonat.
„Vyvinuli jsme rodinu porézních materiálů podobných houbě, které zachycují benzenové páry ze znečištěného vzduchu a dlouhou dobu jsou schopny vytvářet čistý proud vzduchu," vysvětlil profesor Zaworotko. „Tyto materiály lze snadno regenerovat při mírném zahřívání, což z nich činí skvělé kandidáty na čištění vzduchu a sanaci životního prostředí." Zaworotko se zároveň domnívá, že nové materiály si mohou vést lépe jak v citlivosti, tak i v době působení, než materiály tradiční.
Materiál, který profesor Zaworotko a doktor Xiang-Jing Kong z katedry chemických věd na Limerické univerzitě spolu s kolegy z předních čínských univerzit vyvinuli, má k benzenu tak silnou afinitu, že zachycuje tuto toxickou chemickou látku, i když je ve vzduchu přítomna v množství pouze 1:100 000. Nový materiál připomíná švýcarský sýr, protože je plný děr a právě tyto díry podle vědců přitahují benzenové molekuly.
Vzhledem k tomu, že proces zachycování je založen na fyzikální, nikoli chemické vazbě, je energetická stopa zachycování a uvolňování mnohem nižší než u předchozích generací materiálů.
„Rozbíjení směsí plynů je obtížné. To platí zejména u méně významných složek, které tvoří vzduch, mezi něž patří oxid uhličitý a voda. Vlastnosti našeho nového materiálu ukazují, že rozbíjení již u benzenu není problém," vysvětlil profesor Zaworotko.
Dřívější výzkum laboratoře profesora Zaworotka vyústil vznik špičkových materiálů pro zachycování uhlíku i vody. Materiál pro sběr vody má dokonce tak příznivé vlastnosti, že se již používá v odvlhčovacích systémech.
Dr. Xiang-Jing Kong vysvětlil: „Na základě chytrého designu si naše materiály dobře vedou při řešení výzev technického i společenského významu, jako je například odstraňování stopových množství benzenu z ovzduší. To je pro běžné materiály obtížné, a tím se zvyšuje kouzlo porézních materiálů."
Celkově tyto výsledky naznačují, že nová generace porézních materiálů na míru podobných tomuto může celkově umožnit nový přístup k zachycování toxických chemických látek ze vzduchu.
„Aromatické izomery se ve svých směsích obtížně oddělují tradičními metodami, které jsou vždy energeticky náročné," vysvětlil Dr. Xiang-Jing Kong.
„Tento výzkum otevřel možnosti výroby porézních materiálů pro účinnou separaci těchto chemických látek s nízkými energetickými nároky, stejně jako pro odstraňování dalších znečišťujících látek ze vzduchu."
Studie byla financována Evropskou výzkumnou radou a irskou vědeckou nadací.
