Metallorganiska ramverk (MOF) är lovande material för billig och mindre energikrävande gasseparation även i närvaro av föroreningar som vatten.

Experimentella analyser av prestanda för metall-organiska ramverk (MOF) för separering av propan och propen under verkliga förhållanden avslöjade att den mest använda teorin för att förutsäga selektiviteten inte ger exakta uppskattningar, och även att vatten som förorening inte har en skadlig effekt på materialets prestanda.

Kortkedjiga kolväten produceras i blandningar efter behandling av råolja i raffinaderier och måste separeras för att vara industriellt användbara. Till exempel, propan används som bränsle och propen som råvara för kemisk syntes, t.ex. produktion av polymerer. Dock, separationsprocessen kräver vanligtvis höga temperaturer och tryck, och dessutom gör avlägsnandet av andra föroreningar, såsom vatten, processen dyr och energikrävande.

Strukturen hos den studerade MOF erbjuder en långlivad, anpassbar, och viktigast av allt effektivt separationsalternativ vid omgivande förhållanden. De bygger på det faktum att omättade molekyler som propen kan komplexas med materialets exponerade metallatomer, medan mättade sådana som propan misslyckas med att göra det. Medan forskning har fokuserat på att utveckla olika metall-organiska ramverk för olika separationsprocesser, genomförbarheten av att använda dessa material i applikationer i industriell skala mäts vanligtvis bara genom att förlita sig på en teori som gör många idealiserande antaganden om både materialet och renheten hos gaserna. Således, det har inte varit klart om dessa förutsägelser håller under mer komplicerade men också mer realistiska förhållanden.

Ett team av forskare vid Hokkaido-universitetet kring professor Shin-ichiro Noro i samarbete med professor Roland A. Fischers grupp vid tekniska universitetet i München genomförde en rad mätningar av prestandan för en prototypisk MOF för att fastställa materialets verkliga selektivitet, för både helt torra ramverk och sådana som är exponerade för vatten.

Deras resultat publicerades nyligen i ACS -tillämpade material och gränssnitt visa att materialets förutsagda selektivitet är för hög jämfört med verkliga resultat. Det visade också att vatten inte drastiskt minskar selektiviteten, även om det minskar materialets förmåga att adsorbera gas. Teamet utförde sedan kvantkemiska beräkningar för att förstå varför och insåg att vattenmolekylerna själva erbjuder nya bindningsställen till omättade kolväten, såsom propen (men inte propan), sålunda behåller materialets funktionalitet.

Forskarna säger:"Vi visade kraften i flera-komponent adsorptionsexperiment för att analysera genomförbarheten av att använda ett MOF-system." De vill därmed öka medvetenheten om bristerna i vanliga teorier och motivera andra grupper att också använda en kombination av olika verkliga mätningar.