Eten, ett viktigt råmaterial i den kemiska industrin, innehåller ofta spår av acetylenföroreningar, som måste tas bort. I journalen Angewandte Chemie , forskare beskriver en robust och regenererbar porös metall -organisk ram som fångar acetylen med extraordinär effektivitet och selektivt. Dess synergistiska kombination av skräddarsydda porstorlekar och kemiska dockningsplatser gör materialet särskilt effektivt, säger studien.

Etylen är den viktigaste kemiska föregångaren för etanol och polyeten och produceras huvudsakligen genom ångsprickor. Även om etylenfraktionen vanligtvis är mycket ren (mer än 99%), kvarvarande spår av acetylenföroreningar kan förstöra katalysatorerna som används i processer nedströms.

Eftersom eten och acetylen är mycket lika och endast skiljer sig åt i mängden väteatomer - har eten fyra väteatomer bundna till två kolatomer, acetylen har två - separationen av båda gaserna är utarbetad och svår. De nuvarande industriella processerna är beroende av destillation, som förbrukar en enorm mängd energi.

Dock, kolväteföreningar binder till porösa ämnen som kallas metall -organiska ramverk (MOF). MOF är gjorda av metalljoner och organiska ligander och innehåller porer och kemiska dockningsställen som kan utformas för att fånga specifika molekyler från en gasström vid omgivande förhållanden. Dock, för separation av eten och acetylen, industrin kräver robust, förnybar, mycket selektiv, och billiga material, som inte hittats hittills.

Dan Zhao och hans kollegor vid National University of Singapore har nu utvecklat en MOF som är specifik för acetylenavskiljning som kan möta kraven på extraordinär selektivitet och robusthet. Forskarna fokuserade på en etablerad MOF med nickelplatser, men de "öppnade" upp dessa nickelställen för bindning av fler molekyler genom att aktivera dem och exponera dem för porerna så att de kunde binda två gästmolekyler samtidigt.

Dessutom, forskarna justerade porstorleken på MOF för att endast tillåta inträde för mycket små gasmolekyler, och fyllde porväggarna med kemiska grupper som skulle locka acetylen över eten genom deras starkare elektrostatiska och kemiska interaktioner.

Således, att kombinera små porstorlekar med de öppna nickelställena och ställena för företrädesvis acetylenbindning, forskarna har skapat en Ni-MOF som heter Ni ₃ (pzdc) ₂ (7Hade) ₂ det är utomordentligt selektivt, robust, stabil, och kan återskapas. Enligt studien, Ni-MOF renade etenströmmen med en faktor tusen och höll selektiviteten hög över ett antal tryck och regenereringscykler. Dessutom, Ni-MOF kan beredas i ett vanligt hydrotermiskt förfarande, säger forskarna.

Författarna påpekar att synergin mellan porgeometri och storlek, kombinerat med kemiska interaktioner, kan förbättras ytterligare och kan leda till ännu mer effektiva separationer. Detta är intressant för industriella tillämpningar.