Wykazanie znaczenia hybrydowych materiałów nanoporowatych dla przemysłu
W ciągu ostatnich dwudziestu lat, naukowcy odkryli szereg nowych klas materiałów nanoporowatych, do których należą między innymi glinokrzemiany i struktury metaloorganiczne. Materiały nanoporowate można ogólnie zdefiniować jako proszki o dużej powierzchni, zawierające pory w rozmiarach w nanoskali. Struktury metaloorganiczne stanowią rodzinę porowatych związków składających się z jonów metali lub klastrów skoordynowanych z ligandami organicznymi w celu utworzenia jedno-, dwu- lub trójwymiarowej struktury porowatej. Pomimo olbrzymiego potencjału oferowanego przez nową klasę materiałów, nie znalazły one jeszcze praktycznego zastosowania w procesach przemysłowych. Jest tak dlatego, że materiały niezbędne do ich wytwarzania są obecnie postrzegane jako zbyt drogie, a jednocześnie ich użycie w zastosowaniach przemysłowych jest powszechnie uznawane za nieuzasadnione. Na szczęście stan ten może ulec niedługo znaczącej zmianie, za co częściowo odpowiedzialny jest finansowany przez Unię Europejską projekt ProDIA (Production, control and Demonstration of structured hybrid nanoporous materials for Industrial adsorption Applications). Projekt z powodzeniem wykazał możliwość rozpoczęcia produkcji przemysłowej nanoporowatych materiałów hybrydowych na dużą skalę jako gotowych produktów. „W ramach projektu ProDIA opracowaliśmy procesy produkcji nanoporowatych proszków, w tym między innymi struktur metaloorganicznych oraz glinokrzemianów, wykorzystując w tym celu zrównoważone rozpuszczalniki takie jak woda, a także procesy wykorzystujące rozpuszczalniki w minimalnym stopniu”, powiedział koordynator projektu ProDIA Richard Blom. „Udało nam się także zademonstrować możliwości kształtowania takich materiałów na taką samą skalę”. Wykazanie możliwości zrównoważonego wytwarzania materiałów nanoporowatych Partnerzy zrzeszeni w ramach konsorcjum projektowego przeprowadzili cztery demonstracje pilotażowe, obejmujące adsorpcyjne magazynowanie gazu ziemnego (ANG), usuwanie toksycznych związków chemicznych (TIC), pompy ciepła oparte na adsorpcji (AHP) oraz środki antybakteryjne przeznaczone do zastosowania w opiece zdrowotnej. Przeprowadzone programy pilotażowe wykazały, że dzięki odstąpieniu od stosowanych dotychczas najlepszych materiałów adsorpcyjnych opartych na krzemionce oraz aktywnym węglu i rozpoczęciu korzystania z nowych materiałów nanoporowatych, przemysł może odnieść znaczące korzyści płynące z oszczędności energii oraz zmniejszeniu rozmiarów urządzeń w porównaniu do obecnie stosowanych technologii. W oparciu o wyniki tych prac naukowcy pracujący przy projekcie ProDIA skutecznie wykazali, że istnieje możliwość zrównoważonej produkcji materiałów nanoporowatych w skali wynoszącej powyżej 10 kilogramów. Udało im się także wytworzyć ukształtowane bryły wybranych materiałów nanoporowatych, które charakteryzowały się nieznacznie gorszymi osiągami w porównaniu do ich prerkursorów w formie sproszkowanej. Jak stwierdził Richard Blom, projekt wykazał, że struktury metaloorganiczne umożliwiają ich kształtowanie do określonych zastosowań oraz że ukształtowane struktury tego rodzaju charakteryzują się dużo lepszymi osiągami w zastosowaniach związanych z adsorpcją w porównaniu do materiałów adsorpcyjnych używanych współcześnie w przemyśle. „Jednym z najważniejszych wniosków płynących z projektu jest fakt, że materiały adsorpcyjne oparte na strukturach metaloorganicznych nie muszą wcale być drogie”, dodał. „Kolejnym ważnym wnioskiem jest to, że kształtowanie struktur metaloorganicznych jest możliwe, jednak należy wziąć przy tym pod uwagę delikatność tych materiałów, która ogranicza możliwość zastosowania wysokiego ciśnienia oraz wysokich temperatur w czasie procesu kształtowania”. Zmiana wymaga odwagi Rezultaty uzyskane w ramach projektu już teraz cieszą się pewnym zainteresowaniem ze strony różnych gałęzi przemysłu. Kilka MŚP oraz większych przedsiębiorstw uczestniczących w projekcie planuje zastosowanie procesów opracowanych w ramach projektu ProDIA w celu rozwoju swoich przedsiębiorstw. Co więcej, partnerzy skupieni wokół projektu koncentrujący się głównie na badaniach w dalszym ciągu dążą do usprawnienia i dalszego rozwoju tych procesów w ramach nowych projektów naukowych oraz firm odpryskowych. „Żywię szczerą nadzieję, że podmioty zajmujące się opracowywaniem technologii opartych na adsorpcji oraz producenci materiałów znajdą w sobie na tyle odwagi, aby wkroczyć w świat struktur metaloorganicznych i zoptymalizować swoje maszyny pod kątem nowej rodziny materiałów adsorpcyjnych”, dodał Blom. „Biorąc pod uwagę możliwości oferowane przez ogromną różnorodność chemiczną tych struktur, jestem całkowicie pewien, że zmiana ta przyniesie korzyści w dłuższej perspektywie”.
Słowa kluczowe
ProDIA, materiały nanoporowate, glinokrzemiany, struktury metaloorganiczne, nanotechnologia
