نانوکامپوزیتی که می‌تواند اکسیژن را جداسازی کند

ساخت ماده‌ای با قابلیت جداسازی اکسیژن کاری چالش برانگیز است. کامپوزیتی با ترکیب نوعی چارچوب آلی فلزی و فروسین ساخته شده‌ است که می‌تواند اکسیژن را از ترکیب گازهای مختلف جداسازی کند.

چارچوب‌های آلی فلزی (MOF) می‌توانند برخی گازها را از هوا جداسازی کنند اما در جدا کردن اکسیژن این ترکیبات موفق نیستند. اخیرا پژوهشگران با استفاده از کامپوزیت چارچوب‌های آلی فلزی و یک مولکول دیگر موفق به ارائه روشی ارزان و ساده برای جدا کردن اکسیژن از این گازها شده‌اند. نتایج این پروژه در نشریه Advanced Materials منتشر شده‌است.
این روش کاربردهای متعددی دارد برای مثال، می‌توان برای جدا کردن اکسیژن از بسته‌بندی مواد غذایی، تولید اکسیژن برای پیل‌های سوختی و ساخت حسگر اکسیژن از این فناوری استفاده نمود. از این روش می‌توان برای دیگر گازها نیز استفاده کرد.
در حال حاضر، در صنعت از فرآیندی به نام تقطیر کرایوژنیک برای جدا کردن اکسیژن از گازها استفاده می‌شود. این روش بسیار پر هزینه بوده و انرژی زیادی برای سرد کردن گازها لازم است. از سوی دیگر، از این روش نمی‌توان برای ساخت حسگر و زدایش اکسیژن از بسته‌بندی مواد غذایی استفاده کرد.
جدا کردن اکسیژن باید به سادگی، ارزانی و تکرار پذیری انجام شود که این کار با استفاده از چارچوب‌های آلی فلزی قابل انجام است. این ترکیبات به دلیل وجود حفره، می‌توانند گازها را به خود جذب کنند. هر چند این ساختارها، با اکسیژن واکنش داده و تشکیل اکسید می‌دهند بنابراین، مقدار جذب اندکی داشته و قابلیت استفاده مجدد ندارند.
پراوین تالاپالی از آزمایشگاه ملی نورث‌وست پاسیفیک می‌گوید: «ما برای اولین بار از چارچوب‌های آلی فلزی برای تنها چند مرتبه توانستیم از این ترکیبات برای جداسازی اکسیژن استفاده کنیم. بنابراین، به فکر اصلاح این ماده افتادیم.»
برای حل این مشکل، محققان از یک «مولکول یاور» استفاده کردند که با اکسیژن برهم‌کنش داده و آن را از ترکیب گازها جدا کردند. آنها از MIL-101 (نوعی چارچوب آلی فلزی) به دلیل مساحت سطحی بالا برای جداسازی استفاده کردند. این ترکیب همانند اسفنج بوده و فعالیت کمی دارد. آنها فروسین که یک مولکول آهن‌دار است را به‌عنوان فاز تقویت کننده به این ساختار اضافه کردند.
ترکیب MIL-101 با فروسین و حرارت دادن، موجب تشکیل ساختاری شد که امکان زدایش اکسیژن را دارد. این کامپوزیت اکسیژن را جذب کرده در حالی که دی‌اکسید کربن، آرگون و نیتروژن را جذب نمی‌کند.

منبع: ستاد ویژه توسعه فناوری نانو