Forbedring af kulstoffangst med metalorganiske rammer

Metal-organiske rammer (MOF'er) er alsidige forbindelser, der er vært for porer i nanostørrelse i deres krystalstruktur. På grund af deres nanoporer, MOF'er bruges nu i en lang række applikationer, herunder adskillelse af petrokemikalier, efterligner DNA, og fjernelse af tungmetaller, fluoranioner, brint, og endda guld fra vand.

Især gasseparation er af stor interesse for en række industrier, bl. som biogasproduktion, berigende luft i metalbearbejdning, rensning af naturgas, og genvinding af brint fra ammoniakanlæg og olieraffinaderier. "Den fleksible "gitter"-struktur af metal-organiske rammer optager gasmolekyler, der er endnu større end dets porevindue, hvilket gør det vanskeligt at udføre effektiv membranbaseret adskillelse, " siger Kumar Varoon Agrawal, som besidder GAZNAT-stolen for avancerede adskillelser ved EPFL Valais Wallis.

Nu, forskere fra Agrawals laboratorium har i høj grad forbedret gasseparationen ved at gøre MOF-gitterstrukturen stiv. De gjorde dette ved at bruge en ny "postsyntetisk hurtig varmebehandling" metode, som dybest set involverede bagning af en populær MOF kaldet ZIF-8 (zeolitisk imidazolatramme 8) ved 360°C i nogle få sekunder.

Metoden forbedrede drastisk ZIF-8's gasseparationsydelse – specifikt i 'carbon capture', en proces, der opfanger kuldioxidemissioner produceret ved brug af fossile brændstoffer, forhindrer det i at komme ind i atmosfæren. "For første gang, vi har opnået en kommercielt attraktiv dioxidsiningsydelse en MOF-membran, " siger Agrawal.

Forskerne tilskriver forbedringen en krympning af gitterparametrene, hvilket gør de kemiske bindinger af MOF mere stive. Den væsentlige kemiske sammensætning, bindende miljø, og materialets krystallinitet var upåvirket af den nye procedure.

"Hurtig varmebehandling er en nem og alsidig teknik, der i høj grad kan forbedre MOF-membranernes gasseparationsydelse, " siger Agrawal. "Ved at gøre gitteret stift, vi kan effektivt udføre en række adskillelser."