Inom den kemiska och petrokemiska industrin, att separera molekyler på ett energieffektivt sätt är en av de viktigaste utmaningarna. Övergripande, separationsprocesserna står för cirka 40 % av den energi som förbrukas i den petrokemiska industrin, och att minska detta kan hjälpa till att ta itu med antropogena koldioxidutsläpp.

En av de viktigaste produkterna inom den petrokemiska industrin är propen, som används ofta i fibrer, skum, plast etc. Rening av propen kräver nästan alltid att den separeras från propan. För närvarande görs detta genom kryogen destillation, där de två gaserna kondenseras genom att kylas till minusgrader. Detta ger propen-propan-separationsprocessen ett mycket stort energifotavtryck.

En lösning är att använda "metall-organiska ramverk" (MOF's). Dessa är porösa, kristallina polymerer gjorda av metallnoder som är sammanlänkade av organiska ligander. Porerna i deras molekylära struktur gör att MOF:er kan fånga molekyler så effektivt att de nu är främsta kandidater inom kolavskiljningsforskning.

När det gäller att separera molekyler, MOF-baserade membran är bland de bästa presterande, och kan utföra propen-propan-separationen vid rumstemperatur. En MOF kallad ZIF-8 (zeolitiska imidazolium-ramverk-8), tillåter propen att diffundera genom sina porer 125 gånger mer effektivt än propan vid 30oC, erbjuder hög selektivitet utan behov av minusgrader.

"Den största utmaningen med detta tillvägagångssätt är att syntetisera hög kvalitet, ultratunna, MOF-filmer på kommersiella porösa substrat utan komplicerade substratmodifieringar, " säger professor Kumar Varoon Agrawal vid EPFL. "Sådana högkvalitativa filmer har färre defekter och är nödvändiga för att erhålla högsta möjliga separationsselektivitet." Hans labb vid EPFL Sion har nu utvecklat en enkel MOF-kristallisationsmetod som kallas "elektroforetisk kärnsammansättning för kristallisering av mycket sammanväxta tunnfilmer" (ENACT).

ENACT-metoden tillåter enkel reglering av den heterogena kärnbildningen på omodifierade (som erhållna) porösa och icke-porösa substrat. Detta underlättar i sin tur syntesen av ultratunn, mycket sammanväxta polykristallina MOF-filmer.

Labbet använde ENACT-metoden för att syntetisera 500 nm tjocka MOF-membran. När de testade dem, Membranen gav en av de bästa separationsprestanda i propen/propan-separation som hittills registrerats. Den ultratunna filmen gav stor propenpermeans (flöde normaliserat med tryckskillnad), vilket kommer att bidra till att minska membranytan som behövs för industriella tillämpningar.

Gruppen drar slutsatsen att den mångsidiga, enkel ENACT-metoden kan utökas till ett brett utbud av nanoporösa kristaller.