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可以预防未来危机的神奇粉末频率计

发布时间:2022-06-30 09:49:11

可以预防未来危机的“神奇粉末”

金属有机框架可以解决从缺水到腐烂食物的所有问题。现在,澳大利亚科学家已经找到了将其商业化的方法

听起来像是一场遥远的反乌托邦危机:一个全球食物和水供应链在人口过剩和气候变化的压力下挣扎的世界,然后被大规模杀伤性武器污染,在绝望的斗争中释放出来,无法获得剩下的东西。

虽然危机可能不像现实那样不现实或遥远,但科学家们已经提出了潜在的解决方案一个是奇特命名的金属有机框架(MOF),一种纳米工程晶体粉末,具有明显无穷无尽的用途。

一茶匙的这些水晶包含整个足球场的表面区域,科学家们已经能够定制它们以吸收和储存大量的所需物质。

在1998年教授奥马尔·亚吉,化学家谁现就职于美国加州大学伯克利分校,作出建立在教授理查德·罗布森和伯纳德·霍斯金斯早期的工作谁表明,它是可能的,可以被想象成金属脚手架工艺结构的重要突破口在分子水平上,通过有机链接结合在一起。

不到二十年后,MOFs材料被应用到的目的,即使他无法想象,其中有许多是在世界分崩离析特别方便-如面料,可抵御化学武器,可以人为地复制光合作用装置将碳排放转化为氧气,以及可以检测和捕获水中污染物的发光晶体。

Yaghi自己开发了一种能够从天空中收集水分的MOF,与高湿度区域已经可以做到的其他技术不同,使用Yaghi粉末的设备在干燥的沙漠化条件下工作,这些条件正逐渐在全球范围内扩展。

“我们生活在一个不确定的时期,”Yaghi说,“淡水将成为人类最宝贵和最受欢迎的资源之一。”

2014年,Yaghi向麻省理工学院机械工程师教授Evelyn Wang伸出援助之手,创建了一台能够使用他的MOF技术的机器。Wang和她的团队开发了一个透明的盒子,顶部表面涂成黑色,以吸收太阳热量,即使在空气湿度为20%的区域,也可以通过1kg的粉末提供足够的饮用水以满足人们的日常需求。

“在夜间,这些MOF从空气中吸收水分,当太阳升起时,由于太阳的温暖,MOF将释放水,”Yaghi说。“然后这些空的MOF将准备好再次在夜间从空气中吸收水分。”

Yaghi希望这些设备能够让人们获得所谓的“个性化水” - 离网并且不含任何杂质。

MOF可以应用于任何目的。长期以来,障碍物已经以足够低廉的成本生产出足够的物质以供任何实际使用。有些成本高达每公斤10,000美元,以极慢的速度生产。

在澳大利亚,在CSIRO,马特希尔教授正在指导他找到一种方法,使他所谓的“神奇粉末”具有商业可行性。

当他和他的团队在2008年首次向公司推销MOF时,希尔表示有很多兴趣:“人们问'你能不能给我们一点试试 - 可能是50公斤?'。麻烦的是,我们每周只能生产一茶匙。“

今天,CSIRO的创业公司MOFWORX可以在他们的试验反应堆上命名为Mindi(名为Mindi,在据说用来吐出白色粉末的巨大的土着澳大利亚神话之后),使用比传统批处理工艺效率高20倍的连续工艺。

2016年9月,另一位澳大利亚人 - 首席执行官Paschal McCloskey宣布了MOF首次商业化,后者是英国MOF Technologies的首席执行官,后者是贝尔法斯特女王大学的衍生公司。

有问题的MOF可以捕获和储存一种气体,这种气体会抑制激素,促使水果和蔬菜腐烂,从而可以安全储存这些食物长达12个月。这将进一步提高已经受到气候变化阻碍的粮食生产过程的效率。

麦克洛斯基说,它已经在美国使用,其中水果和蔬菜储存提供商Decco Worldwide已经获得FDA的批准,并且正在欧洲和非洲各国进行批准。

该公司有15种不同的MOF,他们正在寻求商业化,其中包括MOF Technologies希望向碳密集型行业销售的两种MOF,作为捕获和转换碳排放的一种方式。

MOF Technologies已扩大其生产设施,准备从2018年起每年生产5至10吨MOF产能。

MOF Technologies的商业总监菲尔·帕特森承认,这项技术的模糊和复杂性使得“与大公司相提并论”非常棘手,但他找到了一个引起共鸣的音调:“我告诉他们它具有最高的表面人类已知的任何材料的区域 - 通常引起他们的注意。“

美国化学学会今年早些时候发布的一项研究发现,MOF接近天然气储存的预计成本10美元/公斤 - 高级研究计划局 - 能源目标 - 而皇家化学学会的一项研究发现,MOF的进一步商业化将需要改进下游加工,因为在实验室规模上使用的方法限制了生产率。

回到伯克利,这些超级吸水结构的父亲相信科学家们“只是触及了”该技术“基本无限”应用的“表面”。

Yaghi说,很高兴看到化学可以以MOF所证明的那种出色的方式将分子美和功能结合起来“。

“想象一下,金属离子,有机成分,形状和拓扑结构的任何微小变化,或它们的组合都可以为您提供完全不同的MOF,用于不同的目的。看到MOF被应用到如此多的不同目的,我并不感到惊讶,我相信会有更多惊人的事情发生。

“我们向世界展示了它的运作方式; 其余的只是微调。“

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