I. Hấp phụ SO2 và CO2 trong vật liệu MOF
Nghiên cứu tập trung vào hấp phụ SO2 và hấp phụ CO2 trong vật liệu MOF NiBDCTED0.5. Vật liệu MOF được chọn vì khả năng hấp phụ khí cao và tính chọn lọc. NiBDCTED0.5 là một loại MOF có cấu trúc xốp, tạo điều kiện thuận lợi cho việc hấp phụ đồng thời hai loại khí. Phương pháp mô phỏng hấp phụ dựa trên lý thuyết hóa học vật liệu và mô phỏng máy tính được sử dụng để phân tích cơ chế hấp phụ. Kết quả cho thấy, tính chất vật liệu của NiBDCTED0.5 đóng vai trò quan trọng trong việc hấp phụ hiệu quả cả SO2 và CO2.
1.1. Cơ chế hấp phụ SO2
Hấp phụ SO2 trong NiBDCTED0.5 được nghiên cứu thông qua mô phỏng máy tính. Kết quả chỉ ra rằng, SO2 tương tác mạnh với các vị trí kim loại trong cấu trúc MOF. Sự thay đổi mật độ trạng thái điện tử (DOS) cho thấy sự hình thành liên kết hóa học giữa SO2 và NiBDCTED0.5. Điều này giải thích khả năng hấp phụ cao của vật liệu đối với SO2.
1.2. Cơ chế hấp phụ CO2
Hấp phụ CO2 trong NiBDCTED0.5 cũng được phân tích chi tiết. CO2 tương tác chủ yếu thông qua lực van der Waals và liên kết yếu với các nhóm chức trong MOF. Sự thay đổi điện tích Bader và mật độ trạng thái điện tử cho thấy CO2 được hấp phụ hiệu quả tại các vị trí xốp của vật liệu.
II. Mô phỏng hấp phụ đồng thời SO2 và CO2
Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô phỏng hấp phụ để phân tích khả năng hấp phụ đồng thời SO2 và CO2 trong NiBDCTED0.5. Kết quả cho thấy, SO2 và CO2 có thể cùng tồn tại trong cấu trúc MOF mà không cạnh tranh vị trí hấp phụ. Tính chất vật liệu của NiBDCTED0.5 cho phép hấp phụ hiệu quả cả hai loại khí, đặc biệt trong điều kiện áp suất và nhiệt độ cao.
2.1. Tương tác giữa SO2 và CO2
Khi SO2 và CO2 được hấp phụ đồng thời, SO2 có xu hướng chiếm các vị trí kim loại, trong khi CO2 tập trung tại các vị trí xốp. Sự tương tác giữa hai loại khí được phân tích thông qua mật độ trạng thái điện tử và điện tích Bader, cho thấy không có sự cạnh tranh đáng kể giữa chúng.
2.2. Ảnh hưởng của CO2 lên hấp phụ SO2
Nghiên cứu chỉ ra rằng, sự hiện diện của CO2 không ảnh hưởng đáng kể đến khả năng hấp phụ SO2 trong NiBDCTED0.5. Điều này khẳng định tính ưu việt của vật liệu trong việc hấp phụ đồng thời hai loại khí.
III. Ứng dụng thực tiễn của MOF NiBDCTED0
NiBDCTED0.5 được đánh giá cao về khả năng hấp phụ khí và tính chọn lọc. Nghiên cứu này mở ra tiềm năng ứng dụng MOF trong việc xử lý khí thải công nghiệp, đặc biệt là các nhà máy sản xuất năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch. Ứng dụng MOF trong lĩnh vực môi trường và năng lượng là một hướng đi đầy hứa hẹn.
3.1. Xử lý khí thải công nghiệp
NiBDCTED0.5 có thể được sử dụng để hấp phụ SO2 và CO2 từ khí thải công nghiệp, giảm thiểu tác động đến môi trường. Tính chọn lọc và độ bền của vật liệu là yếu tố quan trọng trong việc ứng dụng thực tiễn.
3.2. Lưu trữ khí
Ngoài việc xử lý khí thải, NiBDCTED0.5 còn có tiềm năng trong việc lưu trữ CO2 để tái sử dụng trong các quy trình công nghiệp khác. Điều này góp phần giảm thiểu lượng khí thải ra môi trường.
