Die erstaunlich effizient Lungen der Vögel und die Schwimmblase der Fische haben die Inspiration für ein neues Filtersystem , um Kohlendioxid aus Kraftwerk Schornsteine entfernen, bevor das wichtigste Treibhausgas in die Atmosphäre Woge und dazu beitragen, den globalen Klimawandel zu werden.
Ein Bericht über die neue Technologie , effizienter als einige Alternativen , auf der Tagesordnung steht heute auf der 246. National Meeting
Mit dem Klimawandel jetzt ein wichtiges Anliegen , verlassen sich viele Kraftwerke zur CO2 -Abscheidung und -Speicherung Methoden, um ihre Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Auf einer Fachtagung , " CO2-Abtrennung und Capture " Aaron P. Esser -Kahn , Ph.D., sagte er sieht neue CO2 - Erfassungseinheiten mit Arrays von Rohren aus porösen Membranen ausgestattet Seite -an-Seite gemacht , ähnlich wie Blut Gefäße in einer natürlichen Lunge. Einmal hergestellt hocheffiziente und skalierbare auf verschiedenen Größen werden durch wiederkehrende Einheiten können diese Einheiten dann " eingesteckt " werden in Kraftwerken und Fahrzeugen , nicht anders als Katalysatoren , erklärte er.
Um eine möglichst CO2 einzufangen , musste die Esser -Kahn -Gruppe von der University of California, Irvine , zunächst herauszufinden, die besten Muster , zwei Sätze von unterschiedlich großen Rohren zu packen - eine für Abfallemissionen und die andere eine CO2 - absorbierenden Flüssigkeit - in die Einheit . "Das Ziel ist , so viel Fläche auf kleinstem Raum möglich zu stopfen ", so Esser -Kahn .
Sie untersuchten , wie Blutgefäße in der Vogellunge und die Fische Schwimmblase verpackt. Vögel brauchen, um CO2 zu Sauerstoff rasch austauschen , wie sie verbrennen viel Energie im Flug , während die Fische brauchen, um die Gasmenge in ihrer Schwimmblase wirksam zu kontrollieren , um nach unten im Wasser nach oben und . " Wir versuchen, von der Natur lernen ", so Esser -Kahn , und fügte hinzu , dass die Vogellunge und Fisch Schwimmblase sind biologisch gut geeignet Systeme für den Austausch von Gasen.
Aber die Blutgefäße in der Vogellunge und Fisch Schwimmblase sind in verschiedenen Mustern verpackt. Die Vogellunge besteht aus einem sechseckigen Muster , wo drei große Röhren bilden die Ecken eines Dreiecks und ein kleiner Schlauch sitzt in der Lücke , während der Fisch Schwimmblase hat ein rechteckiges Muster , wo eine große und kleine Röhre abwechselnd Ecken eines Quadrats. Es stellte sich heraus , dass dieses Rohr - Verpackung Herausforderung ist ein gut untersuchten mathematischen Problems mit neun einzigartigen Lösungen , oder Muster , die Esser -Kahn .
Das Team verwendete Computersimulationen vorhersagen, wie effizienten Gasaustausch wäre für jedes Muster sein . Vier wurden vorhergesagt sehr effizient zu sein , einschließlich der aviären Lunge sechseckigen Muster und quadratischer Muster der Fische schwimmen Blase . Jedoch war die effizienteste Muster tatsächlich eine nicht in der Natur gefunden : Der Doppel Quadrierer Muster , ähnlich dem Quadrierer einem im Fisch Schwimmblase , aber mit zwei kleinen Röhren alternierend mit einem großen Rohr . Die Esser -Kahn -Team dann Miniatureinheitenbis zu einem Zentimeter lange synthetisiert und experimentell bestätigt, daß das Doppel- quadratischer Muster war die effizienteste und übertraf damit den Vogellunge und Fisch Schwimmblase um fast 50 Prozent .
Nun können die Wissenschaftler weitere Forschung zu betreiben , um die Effizienz der CO2 - Erfassungseinheiten " durch Anpassung der Größen der Rohre zu verbessern, Dicke der Rohrwand und Membran- Materialien, aus denen die Rohrwände zu machen. " Biologische Systeme verbrachte eine unglaubliche Menge an Zeit und Mühe dem Weg zur Optimierung ", so Esser -Kahn . " Was wir haben, ist der erste Schritt in einem längeren Prozess . "
Weitere Präsentationen des Symposiums enthalten :
Abstracts zum Symposium erscheinen unten.
Die Autoren danken Mittel aus dem ACS Petroleum Research Fund , der Air Force Office of Scientific Research und einem 3M Nicht Tenured Faculty Award .
Aaron P. Esser -Kahn , aesserka@uci.edu , Department of Chemistry , University of California, Irvine, Irvine, Kalifornien, 92697 , Vereinigte Staaten
Die Arbeit in der Synthese mikrovaskuläre Materialien hat vor kurzem einen Schritt nach vorne in der Form eines neuen Syntheseverfahren VASC ( Verdampfung eines Opfer Component) getroffen werden, die die Bildung von 3D- Mikrostrukturen, die m Länge ermöglicht . Wir berichten über unsere jüngsten Fortschritte in der Verwendung VASC dreidimensionale Gasaustauscheinheitenauf die Gestaltung der aviären Lunge und Kreislauf- Systeme zur Wärmeverteilung modelliert erstellen. Wir werden auf Massentransfer -Anwendungen für die Abscheidung von CO2 ausgerichtet. Wir werden uns auf neuere Forschungen in die Schaffung hoher Oberfläche Mikrostrukturen und der Einsatz von Zweiphasen-Strömungssysteme, Gas von Erfassungslösungen Freilassung berichten.
Robert H. Grubbs , rhg@caltech.edu , Abteilung Chemisttry und Chemieingenieurwesen , California Institute of Technology , Pasadena , CA 91106 , USA
Die Olefinmetathese ist eine etablierte Technik zur Herstellung und Aufbrechen von Kohlenstoff - Kohlenstoff-Doppelbindungen und ist in Anwendungen, die von der Totalsynthese zu Hochleistungskunststoffen reichen angepasst. In den vergangenen Jahrzehnten haben die Bemühungen um die Entwicklung von Katalysatoren, die im Vergleich zu ihren Vorläufern , oder den Zugang zu kleinen und Makromoleküle mit einzigartigen Strukturen und Funktionen zu erleichtern verbesserte Verträglichkeit mit funktionellen Gruppen oder erhöhte Selektivität anzuzeigen gerichtet. In dieser Präsentation werden wir beschreiben, aktuellen und früheren Bemühungen zur Entwicklung und Erschließung neuer Klassen von Olefin-Metathese -Katalysatoren sowie unsere Bemühungen um unter Verwendung von Katalysatoren in der Hand in den verschiedenen Applikationen.
Justin M. Notestein , j-notestein@northwestern.edu , Institut für Chemie- und Bioingenieurwesen , Northwestern University, Evanston, IL 60208 , USA
Die Forschung auf dem Note Gruppe konzentriert sich auf die Entwicklung neuartiger Hybrid oder anorganischen Materialien und das Verständnis, wie erweiterten Oberflächen die Eigenschaften der reaktiven Stellen für Anwendungen, in erster Linie in der Katalyse und Adsorption zu ändern. Dieser Vortrag wird unsere Arbeit auf Hybridmaterialien unterstreichen , auch gepfropft anorganische Katalysatoren und aus oligomeren aromatischen Strukturen aufgepfropft und von Oxidoberflächen gewachsen abgeleiteten neuartigen Materialien . Letztere Arbeit wurde stark von der Zeit bei Professor Jeffrey Moore Richtung verbrachte beeinflusst.
Wei Zhang, wei.zhang@colorado.edu , Yinghua Jin, Haishen Yang, Chenxi Zhang, Youlong Zhu . Institut für Chemie und Biochemie der Universität von Colorado in Boulder , Boulder, CO 80309 , USA
Dynamischen kovalenten Chemie (DCC) ist stark in so unterschiedlichen Bereichen integriert , und hat leichten Zugang zu einer Vielzahl von kombinatorischen Bibliotheken , 2-D- formtreuen Makrocyclen und 3D- Molekülkäfigen, die viele wichtige Anwendungen zielen , wie Drogen aktiviert Entdeckung , Biotechnologie, molekulare Trennung , Lichtsammel usw. Diese Präsentation wird auf die effiziente Synthese von formtreuen , Struktur - abstimmbaren 3-D- kovalenten organischen Polyeder ( COP ) sowie porösen Polymergerüste( PPF ) über reversible Metathesereaktionen konzentrieren . Die Gerüstmaterialien und die gut definierten diskreten Leistungszahlen haben ein großes Potenzial in der Kohlenstoffabscheidung , Fullerentrennung , biomedizinische Diagnostik usw. Diese Ergebnisse veranschaulichen , wie sich die thermodynamisch kontrollierte DCC können genutzt werden, um zielspezifische Nanomaterialien zu konstruieren und damit ihre praktischen Anwendungen werden angezeigt.
Bin Zhao, zhao@ion.chem.utk.edu , Department of Chemistry , University of Tennessee, Knoxville, TN 37996 , USA
Eine einzigartige Strategie wurde zur Regeneration Abstimmung Sol-Gel / Gel-Sol- Übergänge der mäßig konzentrierten wässrigen Lösungen von thermophilenBlockcopolymeren , die in der Regel an einer bestimmten Konzentration fixiert sind. Unser Verfahren besteht darin, statistisch enthalten eine kleine Menge von Gruppen stimuliresponsive in die wärmeempfindliche Block von Blockcopolymeren , so daß die untere kritische Lösungstemperatur kann über einen externen Reiz modifiziert werden. Die Verwendung von " lebenden" / kontrollierten radikalischen Polymerisationstechniken , haben wir eine Reihe von zweifach reaktionsphilenBlockcopolymeren durch den Einbau von verschiedenen Stimuli reagierende Gruppen in der wärmeempfindlichen Baustein (e ) synthetisiert , und zeigte die Abstimmung der thermisch induzierten Sol- zu- Gel und / oder ein Gel -zu -Sol- Übergänge der mäßig konzentrierten wässrigen Lösungen durch externe Reize.
Gerald O. Wilson , gw@autonomicmaterials.com , Autonomic Materials, Inc. , Champaign, Illinois 61822 , USA
Einführung in das Konzept des Self-Healing Materials
SelbstheilendeMaterialien sind eine Klasse von intelligenten Materialien, die in der Lage sich selbst zu reparieren , wenn sie beschädigt sind, bei Umgebungstemperatur sind , ohne Eingriff von außen . [1,2] Angesichts dieser Definition der Selbstheilungstechnologienicht alle Technologien gemeinhin als Selbstheilung sind wirklich Selbstheilung. In diesem Sinne können Materialien Heil Technologien allgemein als autonome und nicht- autonomen Heilung Technologien eingestuft werden. [2] Der Schwerpunkt dieser Vortrag wird auf Autonomic-Healing -Technologien von mikroverkapselten Heilmittelfür den Einsatz in Schutzschichten erleichtert werden.
Life Extension in Coatings
Eine Beschichtung mit der Fähigkeit, sich selbst zu reparieren , wenn sie beschädigt wird mehr in seiner bestimmten Anwendung dauern. Die Folge einer solchen Selbstheilungsfunktionalitätist, dass Wartungszyklen auf wesentliche Vermögenswerte verlängert werden kann , Kosten im Zusammenhang mit Material, Arbeit und Ausfallzeiten verbundenen deutlich zu reduzieren. Viele der wichtigsten Anwendungen von Beschichtungen für den Schutz von Metallsubstraten in rauen Umgebungen, in denen häufige Inspektion schwierig oder kostspielig. Diese Anwendungen stehen , um das Beste aus dem Potenzial der Laufzeitverlängerung von selbstheilenden Technologien gewährt profitieren.
In diesem Vortrag wird I verschiedenen Betrachtungen beim Konstruieren Selbstheilungssystemefür Schutzbeschichtungen und Beispiele für solche Systeme auf der Grundlage einer Vielzahl von Chemien diskutieren.
Referenzen
1. Blaiszik , B. J .; Kramer, S. L. B .; Olugebefola , S. C .; Moore, J. S .; Sottos , N. R .; Weiß , S. R. Annu. Rev. Mater. Res.2010 , 40, 179-211 .
2. Wilson, G. O .; Andersson, H. M .; Weiß , S. R .; Sottos , N. R .; Moore, J. S .; Braun, P. V. 2010. Self-Healing Polymers . Encyclopedia of Polymer Science and Technology .
Dahui Zhao, dhzhao@pku.edu.cn , Zhouyang Luo . Hochschule für Chemie, Universität von Peking , Beijing, China
Wir haben studiert mehrere konjugierte Oligomere , ihre verschiedenen Aspekte der Eigenschaften, einschließlich der Supramolekularanordnung , halbleitenden und opto- elektronischen Funktionen zu untersuchen. Monodisperse synthetische Oligomere in der Lage zu manifestieren zugeschnitten Kettenkonformationen , dh Foldamere , wurden ebenfalls entwickelt, um zu emulieren und eine bessere Unterstützung für das Verständnis der Strukturen höherer Ordnung Bildung von biologischen Makromolekülen , wie die Faltung der beiden synthetischen und natürlichen Systeme werden durch nicht-kovalente Kräfte diktiert ähnlichen chemischen Natur. In diesem Vortrag wird ein spezifisches Beispiel diskutiert werden , Aufklärung wichtige Informationen über die Faltungsdynamik eines Phenylenethinylen Oligomeren , die vermutlich inter unter beiden gefalteten und entfalteten Konformationen aggregieren. Insbesondere Foldamere ausreichender Kettenlänge , umfassend abwechselnde ortho- und para- phenylenethinylen im Rückgrat wurden erwiesen, eine helikale Konformation , durch intramolekulare aromatische Stapelungseigenschaften angetrieben nehmen . Solche Kettenmolekülen, die verschiedene Seitenketten zeigte die gleiche Helixstruktur in verschiedenen , jeweils geeigneten Lösungsmitteln, in Übereinstimmung mit der Polarität der Seiten chains.Different Faltungsdynamik wurden manifestiert , wenn die solvophobe und aromatischen Stapelwechselwirkungen wurden durch Variieren der Solvatation Bedingungen intensiviert. Die beobachtete Faltungsstabilität und einzigartige Faltungsdynamik wird angenommen, dass die Konkurrenz der intermolekulare Aggregationen in den gefalteten und entfalteten Zuständen zusammenhängen.
Jennifer M. Heemstra , heemstra@chem.utah.edu , Department of Chemistry , University of Utah, Salt Lake City, UT 84112 , USA
Die molekulare Erkennung und Selbstorganisationsfähigkeitenvon Nukleinsäuren sind ein wichtiger Motor für fast alle chemischen Prozesse, die Leben ermöglichen. Die Fähigkeit von Nukleinsäuren an andere Nukleinsäuren , sowie kleine Moleküle und Proteine selektiv zu erkennen , wurde von Milliarden von Jahren Evolution verfeinert. Realisierung der enormen Potenzial dieser exquisite Anerkennung und Montagekapazitäten haben die Forscher diese Eigenschaften im Labor mit dem Ziel der Umleitung von DNA und RNA , um Aufgaben außerhalb ihrer kanonischen biologischen Rollen ausführen genutzt .
Ein Beispiel hierfür ist die Entwicklung von DNA spalten Aptamere, die aus zwei Nukleinsäuresträngen , die nur in der Anwesenheit einer spezifischen niedermolekularen oder Proteinzielzubauenbestehen. Wir haben die Verwendung von geteilten Aptamere als Erkennungselement, um die Anwesenheit eines kleinen Moleküls in der Ausgabe des DNA-Ligation transduzieren erforscht. Reaktive Gruppen an den Enden der geteilten Aptamer Fragmente angefügt. Wenn die Ziel kleines Molekül vorhanden ist, lenkt es Anordnung des Aptamers , wodurch die reaktiven Gruppen in enger Nachbarschaft und fördert so die Ligation der DNA-Stränge . Das Ligationsereignis kann unter Verwendung eines Enzym-gekoppelten Ausgang oder in der Form eines seitlichen Durchflusssensor erfasst werden. Zusätzlich haben wir gezeigt, dass die erhöhte effektive Molarität von DNA Anordnung vorgesehen ist ausreichend, um die Verwendung von nicht - bioorthogonalen Chemie in komplexen biologischen Flüssigkeiten ermöglichen .
Kyu- Sung Jeong , ksjeong@yonsei.ac.kr , Institut für Chemie , Yonsei University , Seoul, Republik Korea
Durch die Nachahmung der H-Brücken- Modus in einem ClC Chloridkanal gefunden wurde, wurde ein Anion Rezeptor mit einer Bindungsstelle , die vier Wasserstoffbrücken Spender , zwei NHS und zwei OHs enthält, hergestellt . Systematische Veränderung ergab einen wirksamen synthetischen Molekül, das tr