Nghiên cứu hấp phụ và tách lọc khí CO₂ và CH₄ của vật liệu Co₂(BDC)₂(DABCO) bằng phương pháp mô phỏng phân tử

Abstract

Khí CO₂ đang gia tăng mất kiểm soát, góp phần gây ra hiệu ứng nhà kính, trong đó phần lớn phát thải có nguồn gốc từ việc sử dụng năng lượng hóa thạch. Do đó, việc phát triển các nguồn năng lượng sạch thay thế nhiên liệu hóa thạch và giảm lượng CO₂ trong môi trường đang được quan tâm. Hydro và methane được đề xuất là các nguồn năng lượng thay thế, tuy nhiên công nghệ lưu trữ chúng vẫn là một thách thức lớn. Bên cạnh đó, việc thu giữ và chuyển hóa CO₂ thành các hợp chất có giá trị là một hướng tiếp cận tiềm năng nhằm cải thiện môi trường. Vật liệu khung cơ kim (MOF) với cấu trúc xốp và diện tích bề mặt rất lớn được xem là ứng viên tiềm năng cho quá trình hấp phụ và tách khí. Đáng chú ý, vật liệu Co₂(BDC)₂(DABCO) (ký hiệu là Co-DABCO), thuộc họ MOF chứa nhóm DABCO, cho thấy nhiều triển vọng trong hấp phụ và tách khí. Trong nghiên cứu này, phương pháp mô phỏng Monte Carlo được sử dụng để khảo sát khả năng hấp phụ CO₂, CH₄ và tách hỗn hợp CO₂/CH₄ của vật liệu Co-DABCO tại 298 K và áp suất thấp (dưới 30 bar). Kết quả cho thấy Co-DABCO có khả năng hấp phụ tốt đối với cả CO₂ và CH₄. Cụ thể, dung lượng hấp phụ CO₂ đạt 14,24 mol/kg và 267,27 v/v, trong khi CH₄ đạt 11,34 mol/kg và 212,92 v/v tại 50 bar. Ngoài ra, hệ số tách CO₂/CH₄ đạt từ 3,21 đến 3,42 trong khoảng áp suất 15-25 bar, phụ thuộc vào thành phần mol của hỗn hợp khí.