Modsat handling kunne forbedre industriel gasseparation

En mere energieffektiv metode forbedrer, hvordan en industrigas renses ved at vende den traditionelle proces. Konceptet blev udviklet og testet med succes af forskere ved Kyoto University's Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) i Japan og kolleger. Resultaterne blev rapporteret i journalen Angewandte Chemie International Edition .

Acetylen er en gas, der bruges i mange industrier, herunder som brændstof til svejsning og en kemisk byggesten til materialer som plastik, maling, glas og harpiks. For at producere acetylen, det skal først renses fra kuldioxid. Traditionelt, dette gøres ved at lede den gasformige acetylen/kuldioxid-blanding gennem et materiale. Kuldioxid interagerer svagt med materialet og passerer derfor igennem, mens acetylen reagerer kraftigt og bliver knyttet til det. Problemet er, at den efterfølgende fjernelse af acetylen fra materialet tager flere energikrævende trin.

Forskere har ledt efter måder at vende denne proces, så acetylen bliver den gas, der passerer gennem materialet, og kuldioxid holdes tilbage. Men indtil videre, dette har været meget udfordrende.

"Et problem er, at begge gasser har samme molekylstørrelse, form og kogepunkter, " forklarer iCeMS-kemiker Susumu Kitagawa, der ledede undersøgelsen. "Adsorbenter, der favoriserer kuldioxid frem for acetylen, findes, men er sjældne, især dem, der arbejder ved stuetemperatur."

Kitagawa, iCeMS materialekemiker Ken-ichi Otake og deres kolleger forbedrede kuldioxidadsorptionen af ​​et krystallinsk materiale kaldet porøse koordinationspolymerer ved at modificere dets porer. Holdet forankrede aminogrupper i porekanalerne i to porøse koordinationspolymerer. Dette gav yderligere steder for kuldioxid til at interagere med og binde til materialet. Det ekstra interaktionssted ændrede også den måde, acetylen bandt til materialet på, efterlader mindre plads til acetylenmolekylevedhæftning. Dette betød, at mere kuldioxid og mindre acetylen blev adsorberet sammenlignet med det samme materiale, der ikke havde aminogruppeankre.

Disse nydesignede materialer adsorberede mere kuldioxid og mindre acetylen sammenlignet med andre aktuelt tilgængelige kuldioxidadsorbenter. De fungerede også godt omkring stuetemperatur, og fungerede stabilt gennem flere cyklusser.

"Denne 'modsatte handling'-strategi kunne være anvendelig på andre gassystemer, tilbyder et lovende designprincip for porøse materialer med høj ydeevne til udfordrende genkendelses- og separationssystemer, " siger Kitagawa.