Sintesi di carboni porosi da maltodestrine per la cattura della CO2

The level of CO2 in the atmosphere has increased from 280 ppm in the preindustrial period to about 400 ppm today, and it is possible it may reach a concentration of about 550 ppm by 2050. In fact, CO2 is considered the greenhouse gas with the greatest impact on global warming and climate change, and the excessive increase in its concentration in the atmosphere is mainly caused by the use of fossil fuels and its derivatives. Adsorption on solid materials is considered one of the best methods for air pollution control, and porous materials have proven to be the ideal media for gas capture due to the possibility of modifying their properties according to specific applications. For this reason, study in recent years has been directed toward the synthesis and improvement of certain porous materials such as zeolites, metal organic frameworks (MOFs), covalent organic frameworks (COFs), porous organic polymers (POPs), and porous carbons. Special attention has been paid to the latter, which are obtained by thermal treatment of renewable carbon precursors such as starch, biomass, corn, and polymers and nonrenewable ones such as tar, coal, and pitch. After carbonization, porous carbon can be activated by physical or chemical activation in order to increase surface area and porosity. Doping of these porous materials by inserting heteroatoms has also been shown to improve CO2 adsorption capacity and adsorption selectivity because the basicity and electronegativity of these atoms favor weak-type interactions such as hydrogen bonds or Van der Waals forces with CO2 that exhibits an acidic nature. The purpose of the paper is to verify the evidence just mentioned by synthesizing and characterizing porous carbons synthesized from maltodextrins and citric acid. The comparison of these nanosponges will take place between two different morphologies, namely the massive one and the one obtained by electrospinning, between CO2-activated and nonactivated samples, and between samples doped by the introduction of betaine, an N-containing substance, and nondoped.

Il livello di CO2 in atmosfera è aumentato da 280 ppm nel periodo preindustriale fino ai circa 400 ppm di oggi, ed è possibile possa raggiungere una concentrazione di circa 550 ppm entro il 2050. La CO2 è considerata, infatti, il gas serra con maggiore impatto sul riscaldamento globale e sul cambiamento climatico e l’eccessivo aumento della sua concentrazione in atmosfera è causato principalmente dall’utilizzo dei combustibili fossili e dei suoi derivati. L’adsorbimento su materiali solidi è considerato uno dei metodi migliori per il controllo dell’inquinamento atmosferico e i materiali porosi si sono rivelati i supporti ideali per la cattura di gas grazie alla possibilità di modificare le loro proprietà in base alle applicazioni specifiche. Per questo motivo negli ultimi anni lo studio è rivolto alla sintesi e al miglioramento di alcuni materiali porosi come zeoliti, metal organic frameworks (MOFs), covalent organic frameworks (COFs), polimeri organici porosi (POPs) e carboni porosi. Particolare attenzione è stata rivolta a questi ultimi che vengono ottenuti attraverso il trattamento termico di precursori carboniosi rinnovabili, come amido, biomasse, mais e polimeri e non rinnovabili come catrame, carbone e pece. Dopo la carbonizzazione il carbonio poroso può essere attivato mediante attivazione fisica o chimica al fine di aumentare l’area superficiale e la porosità. È stato anche dimostrato che il drogaggio di questi materiali porosi mediante l’inserimento di eteroatomi è in grado di migliorare la capacità di adsorbimento della CO2 e la selettività dell’adsorbimento in quanto la basicità e l’elettronegatività di questi atomi favoriscono interazioni di tipo debole come legami idrogeno o forze di Van der Waals con la CO2 che presenta una natura acida. Lo scopo dell’elaborato è la verifica delle evidenze appena citate mediante la sintesi e la caratterizzazione di carboni porosi sintetizzati a partire da maltodestrine e acido citrico. Il confronto di queste nanospugne avverrà tra due morfologie diverse, ovvero quella massiva e quella ottenuta mediante electrospinning, tra campioni attivati mediante CO2 e non attivati e tra campioni drogati mediante l’introduzione di betaina, una sostanza contenente N, e non drogati.