Hiilidioksidista vihreäksi metanoliksi metalliorgaanisiin adsorbentteihin perustuvilla talteenotto- ja konversiomenetelmillä

Abstract

Tässä Pro gradu -tutkielmassa käsitellään ensin kirjallisessa osassa hiilidioksidia ja sen vaikutuksia ilmastonmuutokseen ja -lämpenemiseen. Tämän jälkeen siirrytään tarkastelemaan ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden nopean kasvun syitä ja keinoja pitoisuuden madaltamiseksi päästövähennyksillä sekä erilaisilla hiilidioksidin talteenottomenetelmillä. Talteenottomenetelmistä käsitellään nykyisin käytössä olevia menetelmiä sekä uusia sorbenttimateriaaleja ja tuodaan esiin näiden molempien etuja ja heikkouksia. Erityisesti keskitytään metalliorgaanisiin verkkorakenteisiin (Metal Organic Framework, MOF), jotka vastaavat sorbenttimateriaaleilta vaadittuihin kemiallisiin ja fysikaalisiin ominaisuuksiin. MOF:ien osalta käydään läpi niiden rakenne, synteesimenetelmät, karakterisointi sekä toiminta talteenottomateriaalina. Lisäksi käydään läpi zeoliittiset imidatsolaatti verkkorakenteet (Zeolitic Imidazolate Framework, ZIF), jotka kuuluvat MOF:ien alaluokkaan. Kirjallisen osan lopuksi keskitytään vielä tarkastelemaan hiilidioksidin talteenottoa sekä MOF-synteesejä elinkaariarvioinnin ja vihreän kemian näkökulmasta. Kokeellisessa osassa syntetisoitiin tunnettuja kupari(II)imidatsolaatti- ja ZIF-8-yhdisteitä. Kupari(II)imidatsolaattiyhdisteiden syntetisoinnissa kiinnitettiin huomiota reaktio-olosuhteisiin ja pyrittiin saavuttamaan kirjallisuudessa aiemmin syntetisoituja rakenteita. ZIF-8:a valmistettiin kolmella erilaisella synteesireitillä, joista kahdessa liuottimena käytettiin vettä. Kaikille valmistetuille materiaaleille tehtiin termistä kestävyyttä mittaavat analyysit sekä rakenteen selvittämistä varten PXRD-analyysit (Powder X-Ray Diffraction). ZIF-8-yhdisteille tehtiin lisäksi jälkisynteettisiä muokkauksia kolmella erilaisella menetelmällä. Näiden jälkisynteettisesti muokattujen yhdisteiden ominaisuuksia tutkittiin hiilidioksidin talteenotossa sekä hiilidioksidin konversiossa metanoliksi.