Adskillelse af sporacetylen fra ethylen i ultramikroporøse metal-organiske rammer

Ethylen, en vigtig råvare i den kemiske industri, indeholder ofte spor af acetylenforureninger, som skal fjernes. I journalen Angewandte Chemie , forskere beskriver en robust og regenererbar porøs metal-organisk ramme, der fanger acetylen med ekstraordinær effektivitet og selektivt. Dens synergistiske kombination af skræddersyede porestørrelser og kemiske dockingsteder gør materialet særligt effektivt, siger undersøgelsen.

Ethylen er den vigtigste kemiske forløber for ethanol og polyethylen og fremstilles hovedsageligt ved dampkrakning. Selvom ethylenfraktionen normalt er meget ren (mere end 99 %), resterende spor af acetylenforurenende stoffer kan ødelægge de katalysatorer, der anvendes i nedstrømsprocesser.

Da ethylen og acetylen er meget ens og kun adskiller sig i mængden af ​​hydrogenatomer - ethylen har fire hydrogenatomer bundet til to carbonatomer, acetylen har to - adskillelsen af ​​begge gasser er kompliceret og vanskelig. De nuværende industrielle processer er afhængige af destillation, som forbruger enormt meget energi.

Imidlertid, kulbrinteforbindelser binder til porøse stoffer kaldet metal-organiske rammer (MOF'er). MOF'er er lavet af metalioner og organiske ligander og indeholder porer og kemiske dockingsteder, der kan designes til at fange specifikke molekyler fra en strøm af gas under omgivende forhold. Imidlertid, til adskillelse af ethylen og acetylen, industrien kræver robuste, regenererbar, meget selektiv, og billige materialer, som endnu ikke er fundet.

Dan Zhao og hans kolleger ved National University of Singapore har nu udviklet en MOF specifik for acetylenopsamling, der kan opfylde kravene om ekstraordinær selektivitet og robusthed. Forskerne fokuserede på en etableret MOF med nikkelsteder, men de "åbnede" disse nikkelsteder for binding af flere molekyler ved at aktivere dem og udsætte dem for porerne, så de var i stand til at binde to gæstemolekyler på én gang.

Ud over, forskerne justerede porestørrelserne af MOF for kun at tillade adgang for meget små gasmolekyler, og fyldte porevæggene med kemiske grupper, der ville tiltrække acetylen over ethylen gennem deres stærkere elektrostatiske og kemiske interaktioner.

Dermed, at kombinere små porestørrelser med de åbne nikkelsteder og steder for præferentiel acetylenbinding, forskerne har skabt en Ni-MOF kaldet Ni ₃ (pzdc) ₂ (7Hade) ₂ det er ekstraordinært selektivt, robust, stabil, og kan regenereres. Ifølge undersøgelsen Ni-MOF rensede ethylenstrømmen med en faktor tusind og holdt selektiviteten høj over en række tryk og regenereringscyklusser. Ud over, Ni-MOF kan fremstilles i en standard hydrotermisk procedure, siger forskerne.

Forfatterne påpeger, at synergien mellem poregeometri og størrelse, kombineret med kemiske interaktioner, kan forbedres yderligere og kan føre til endnu mere effektive adskillelser. Dette er interessant til industrielle applikationer.