कार्बन डाइऑक्साइड को रोकना (CO2) वायुमंडल में प्रवेश करने से पहले ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन में कटौती का एक महत्वपूर्ण तरीका है। हालाँकि कार्बन कैप्चर कई वर्षों से चल रहा है, लेकिन इसे व्यापक रूप से नहीं अपनाया गया है क्योंकि अधिकांश प्रणालियाँ महंगी और अकुशल हैं। एक सामान्य औद्योगिक दृष्टिकोण, जलीय अमाइन स्क्रबिंग में कैप्चर किए गए CO को छोड़ने के लिए बड़ी मात्रा में तरल को 100 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर गर्म करने की आवश्यकता होती है।2 और समाधान का पुन: उपयोग करें। यह उच्च ऊर्जा मांग परिचालन लागत को बढ़ाती है और बड़े पैमाने पर उपयोग को कठिन बना देती है।
ठोस कार्बन सामग्रियों ने अधिक व्यावहारिक विकल्प के रूप में ध्यान आकर्षित किया है। ये सामग्रियां अपेक्षाकृत सस्ती हैं और इनका सतह क्षेत्र बड़ा है जो उन्हें CO को फंसाने की अनुमति देता है2. वे कम गर्मी का उपयोग करके भी गैस छोड़ सकते हैं, खासकर जब उनमें नाइट्रोजन-आधारित कार्यात्मक समूह होते हैं। हालाँकि, एक महत्वपूर्ण सीमा रही है। पारंपरिक विनिर्माण विधियां इन नाइट्रोजन समूहों को सामग्री में बेतरतीब ढंग से रखती हैं, जिससे यह पता लगाना मुश्किल हो जाता है कि कौन सी विशिष्ट व्यवस्था बेहतर प्रदर्शन की ओर ले जाती है।
इस चुनौती का समाधान करने के लिए, ग्रेजुएट स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग के एसोसिएट प्रोफेसर यासुहिरो यामादा और जापान के चिबा विश्वविद्यालय के ग्रेजुएट स्कूल ऑफ साइंस के एसोसिएट प्रोफेसर टोमोनोरी ओबा के नेतृत्व में एक शोध दल ने एक नए प्रकार का कार्बन पदार्थ विकसित किया, जिसे ‘विकियाजाइट्स’ कहा जाता है। इन सामग्रियों को नियंत्रित तरीके से एक दूसरे के बगल में स्थित नाइट्रोजन समूहों के साथ डिज़ाइन किया गया है। अध्ययन, जर्नल में प्रकाशित कार्बनचिबा विश्वविद्यालय के श्री कोटा कोंडो द्वारा सह-लेखक थे।
नियंत्रित नाइट्रोजन युग्मन के साथ विसियाजाइट्स का निर्माण
शोधकर्ताओं ने विज़ियाज़ाइट्स के तीन अलग-अलग संस्करण बनाए, जिनमें से प्रत्येक में एक अद्वितीय प्रकार का पड़ोसी नाइट्रोजन विन्यास था। आसन्न प्राथमिक अमीन समूहों का उत्पादन करने के लिए (-NH2 समूह), उन्होंने पहले कोरोनीन नामक एक यौगिक को गर्म किया, फिर इसे ब्रोमीन से उपचारित किया, उसके बाद अमोनिया गैस से उपचारित किया। इस तीन-चरणीय विधि ने 76% चयनात्मकता हासिल की, जिसका अर्थ है कि अधिकांश नाइट्रोजन परमाणुओं को इच्छित स्थान पर रखा गया था।
विभिन्न आरंभिक यौगिकों का उपयोग करके दो अतिरिक्त सामग्रियां तैयार की गईं। एक में 82% चयनात्मकता के साथ आसन्न पाइरोलिक नाइट्रोजन था, जबकि दूसरे में 60% चयनात्मकता के साथ आसन्न पाइरिडिनिक नाइट्रोजन था।
संरचना और परीक्षण प्रदर्शन का सत्यापन
प्रयोग करने योग्य नमूने बनाने के लिए प्रत्येक सामग्री को सक्रिय कार्बन फाइबर पर लागू किया गया था। टीम ने परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी, एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी और कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग जैसी तकनीकों का उपयोग करके नाइट्रोजन समूहों के सटीक स्थान की पुष्टि की। इन विधियों ने सत्यापित किया कि नाइट्रोजन परमाणु बेतरतीब ढंग से वितरित होने के बजाय अगल-बगल स्थित थे।
जब परीक्षण किया गया, तो सामग्रियों ने स्पष्ट प्रदर्शन अंतर दिखाया। निकटवर्ती -NH2 समूहों और पायरोलिक नाइट्रोजन वाले नमूनों ने अधिक CO प्राप्त किया2 अनुपचारित कार्बन फाइबर की तुलना में. इसके विपरीत, पाइरिडिनिक नाइट्रोजन विन्यास में थोड़ा सुधार हुआ।
निम्न-तापमान CO2 रिलीज से ऊर्जा उपयोग में कटौती हो सकती है
सबसे उल्लेखनीय खोज में यह शामिल है कि सामग्री कितनी आसानी से CO जारी करती है2. “प्रदर्शन मूल्यांकन से पता चला कि कार्बन सामग्री में जहां एनएच 2 समूहों को आसन्न रूप से पेश किया जाता है, अधिकांश सोख लिया गया सीओ2 60 डिग्री सेल्सियस से कम तापमान पर अवशोषक। इस संपत्ति को औद्योगिक अपशिष्ट ताप के साथ जोड़कर, काफी कम परिचालन लागत के साथ कुशल CO2 कैप्चर प्रक्रियाओं को प्राप्त करना संभव हो सकता है,” डॉ. यमादा ने प्रकाश डाला।
पाइरोलिक नाइट्रोजन युक्त सामग्री को CO जारी करने के लिए उच्च तापमान की आवश्यकता होती है2लेकिन यह अपनी मजबूत रासायनिक संरचना के कारण बेहतर दीर्घकालिक स्थिरता प्रदान कर सकता है।
लागत-प्रभावी कार्बन कैप्चर की दिशा में एक नया मार्ग
यह कार्य दर्शाता है कि नाइट्रोजन समूहों को विशिष्ट आसन्न पैटर्न में व्यवस्थित करना विश्वसनीय रूप से किया जा सकता है, जिससे बेहतर कार्बन कैप्चर सामग्री को डिजाइन करने के लिए एक स्पष्ट रणनीति प्रदान की जा सकती है। “हमारी प्रेरणा भविष्य के समाज में योगदान करना और नियंत्रित संरचनाओं के साथ हमारी हाल ही में विकसित कार्बन सामग्री का उपयोग करना है। यह कार्य डिजाइनर नाइट्रोजन-डोप्ड कार्बन सामग्री को संश्लेषित करने के लिए वैध मार्ग प्रदान करता है, जो अगली पीढ़ी, लागत प्रभावी और उन्नत सीओ के विकास के लिए आवश्यक आणविक-स्तर नियंत्रण की पेशकश करता है।2 प्रौद्योगिकियों पर कब्जा करें,” डॉ. यमादा ने निष्कर्ष निकाला।
सीओ को पकड़ने से परे2इन विसियाज़ाइट सामग्रियों का उपयोग अन्य अनुप्रयोगों के लिए भी किया जा सकता है, जिसमें धातु आयनों को हटाने या उत्प्रेरक के रूप में कार्य करना शामिल है, उनके अनुकूलन योग्य सतह गुणों के लिए धन्यवाद।
फंडिंग और समर्थन
इस कार्य को अनुदान संख्या JPMXP1225JI0008 के तहत मुकाई साइंस एंड टेक्नोलॉजी फाउंडेशन, जापान सोसाइटी फॉर द प्रमोशन ऑफ साइंस (JSPS KAKENHI ग्रांट नंबर JP24K01251), और शिक्षा, संस्कृति, खेल, विज्ञान और प्रौद्योगिकी मंत्रालय (MEXT) के “एडवांस्ड रिसर्च इंफ्रास्ट्रक्चर फॉर मैटेरियल्स एंड नैनोटेक्नोलॉजी इन जापान (ARIM)” द्वारा समर्थित किया गया था।
