| Περίληψη |
Τα μονονιτρικά οξείδια ΝΟ και ΝΟ2 είναι γνωστά στις περιβαλλοντικές
επιστήμες με τον γενικό όρο ΝΟx και παρασκευάζονται από την αντίδραση αερίων
αζώτου και οξυγόνου κατά την διάρκεια της καύσης σε υψηλές θερμοκρασίες. Η
δέσμευσή τους αποτελεί μείζον περιβαλλοντικό πρόβλημα, ενώ ο διαχωρισμός τους
παρουσιάζει έντονο ενδιαφέρον τόσο για την βιομηχανία όσο και για την χρήση του
ΝΟ στις επιστήμες υγείας καθότι το συγκεκριμένο μόριο εμφανίζει ιδιαίτερα έντονη
βιολογική δραστηριότητα. Μια νέα οικογένεια υλικών, τα Μεταλλο-οργανικά
Σκελετικά Υλικά (MOF) έχουν εμφανίσει ιδιαίτερα υποσχόμενες ιδιότητες για
εφαρμογές τόσο στην επιλεκτική αποθήκευση αερίων όσο και στην επιλεκτική
χορήγηση ουσιών προς φαρμακευτική χρήση. Συνεπώς μελετήσαμε το κατά πόσον
είναι εφικτή η χρήση τέτοιων υλικών για την αποθήκευση αλλά και τον διαχωρισμό
των ΝΟx.
Εξετάστηκαν οι ασθενείς αλληλεπιδράσεις που εμφανίζονται μεταξύ των ΝΟx
και αρωματικών ενώσεων, που λειτούργησαν ως μοντέλα για τις οργανικές γέφυρες
των MOF, μέσω ab initio μεθόδων. Οι υπολογισμοί πραγματοποιήθηκαν με την
μέθοδο Μoller-Plesset, ενώ χρησιμοποιήθηκαν διάφορα σετ βάσεων ούτως ώστε να
επιτευχθεί η απαιτούμενη υπολογιστική ακρίβεια. Πιο συγκεκριμένα, μελετήθηκε η
αλληλεπίδραση των ΝΟxμε τα μόρια του Βενζολίου, του Τολουολίου, της Φαινόλης
και της Ανιλίνης και βρέθηκε ότι η παρουσία των υποκαταστατών αυξάνει την
αλληλεπίδραση του δακτυλίου με τα αέρια. Για τον λόγο αυτό η χρήση τους θα
μπορούσε να συνεισφέρει τόσο στην ρόφηση των ΝΟx όσο και στον διαχωρισμό
τόσο μεταξύ τους όσο και από άλλα αέρια. Τα αποτελέσματα των αλληλεπιδράσεων
μεταξύ των ΝΟx και του αμινο-υποκατεστημένου βενζολικού δακτυλίου ήταν τα πιο
υποσχόμενα για τον επιλεκτικό διαχωρισμό των αερίων, γεγονός που ώθησε στην
έρευνα του κατά πόσον η ανιλίνη θα μπορούσε να έχει αντίστοιχα αποτελέσματα
κατά την αλληλεπίδρασή της με μια σειρά άλλων αερίων (Η2, N2, CH4, CO2, SO2,
SO3) που παρουσιάζουν τόσο περιβαλλοντικό όσο και βιομηχανικό ενδιαφέρον.
Βρέθηκε ότι η σειρά αύξησης της ενέργειας αλληλεπίδρασης της ανιλίνης με όλα τα
υπό εξέταση αέρια ήταν η εξής: Η2 < Ν2< CH4 < ΝΟ < CO2 < ΝΟ2 < SO2 < SO3
ενώ εξετάστηκε η φύση αυτών των αλληλεπιδράσεων μέσω χαρτών ηλεκτροστατικού
δυναμικού, ηλεκτρονιακών φορτίων αλλά και μοριακών τροχιακών.
Ανάλογα με το υπό εξέταση σύστημα, οι δυνάμεις που ήταν υπεύθυνες για την
μεγιστοποίηση της ελκτικής αλληλεπίδρασης ήταν δυνάμεις διασποράς ή ένας
συνδυασμός δυνάμεων διασποράς και ηλεκτροστατικών δυνάμεων. Μάλιστα βρέθηκε
ότι για την περίπτωση των μη-πολικών μορίων μια αύξηση στο μέγεθος του
ηλεκτρονιακού νέφους οδηγεί σε αύξηση της ενέργειας αλληλεπίδρασης, ενώ για τα
μόρια που έχουν μόνιμη διπολική ροπή η αντίστοιχη αύξηση των ενεργειών
αλληλεπίδρασης εμφανίζεται κατά την αύξηση της διπολικής ροπής των μορίων
αυτών. Οι παραπάνω παρατηρήσεις εξηγούνται βάσει της ανάλυσης της φύσης των
αλληλεπιδράσεων που προηγήθηκε.
Να τονιστεί ότι τα μόρια SO2 και SOx (SOx) εμφανίζουν ιδιαίτερα υψηλές
τιμές ενεργειών αλληλεπίδρασης με τον αμινο-υποκατεστημένο δακτύλιο και άρα τα
αποτελέσματα της παρούσας εργασίας θα μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν χάρτης
για τον διαχωρισμό τόσο των ΝΟxόσο και των SOx από μείγματα αερίων.
|
Αλληλεπίδραση NOx με μεταλλο-οργανικά σκελετικά υλικά
