有害な二酸化硫黄ガスを吸収する新しい MOF (New MOF Can Take On Toxic Sulfur Dioxide Gas)

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2019/11/1 アメリカ合衆国ロ ーレンスバークレー国 立研究所 (LBNL)

An illustration of the new MOF's structure

・ LBNL を始めとする国際的な研究チームが英国・マンチェスター大学の主導で、有毒な二酸化硫黄 (SO2)ガスを記録的な高濃度で選択的に除去する堅牢な金属有機構造体(MOF)を開発。 ・ LBNL の放射光施設である Advanced Light Source (ALS)にて X 線実験等の技術を組み合わせて、 その機能性を検証した。
・ SO2 ガスは通常、発電所、産業施設、電車、船舶や重機等から排出され、人間の健康と環境に有 害となる危険性がある。
・ 本研究では、多孔性、ケージ状で安定した、銅を含有する分子の MOF の「MFM-170」を開発。SO2 ガスを選択的に分離する。
・ 同 MOF を排気ガスに曝す試験では、高温で水が存在する環境下でも、混合ガスから SO2 を効率 的に分離したことを確認。
・ 汚染物質から SO2 を除去する従来技術では、固体・液体廃棄物を大量に排出し、有毒ガスの除去 は 60-95%に留まる。新 MOF では、SO2 を 0.01ppm を下回るレベル、99.99999%除去できる。
・ 本研究では、LBNL の ALS の X 線で同 MOF 結晶の分子構造を調査した。オークリッジ国立研究所 (ORNL)の Diamond Light Source 施設、ISIS Neutron and Muon Source 施設、マンチェスター大学の 施設でも実験を行った。
URL: https://newscenter.lbl.gov/2019/11/01/mof-absorbs-sulfur-dioxide-gas/

(関連情報)
Nature Materials 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
Reversible coordinative binding and separation of sulfur dioxide in a robust metal–organic framework with open copper sites
URL: https://www.nature.com/articles/s41563-019-0495-0

<NEDO海外技術情報より>

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Abstract

Emissions of SO2 from flue gas and marine transport have detrimental impacts on the environment and human health, but SO2 is also an important industrial feedstock if it can be recovered, stored and transported efficiently. Here we report the exceptional adsorption and separation of SO2 in a porous material, [Cu2(L)] (H4L = 4′,4‴-(pyridine-3,5-diyl)bis([1,1′-biphenyl]-3,5-dicarboxylic acid)), MFM-170. MFM-170 exhibits fully reversible SO2 uptake of 17.5 mmol g−1 at 298 K and 1.0 bar, and the SO2 binding domains for trapped molecules within MFM-170 have been determined. We report the reversible coordination of SO2 to open Cu(II) sites, which contributes to excellent adsorption thermodynamics and selectivities for SO2 binding and facile regeneration of MFM-170 after desorption. MFM-170 is stable to water, acid and base and shows great promise for the dynamic separation of SO2 from simulated flue gas mixtures, as confirmed by breakthrough experiments.

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