Innovativa material som kallas metallorganiska ramverk (MOF) kan bli mycket mer mångsidiga efter forskning som visar att de kan manipuleras som vätskor.

MOF är mycket porösa kristallina fasta ämnen med metalljoner eller metallkluster sammanfogade av organiska (kolbaserade) länkgrupper. Att variera dessa delar kan skapa en stor mängd fasta ämnen med inre porer som kan fånga utvalda molekyler eller katalysera kemiska reaktioner.

"Dessa kristallina material är svåra att bearbeta, men vi har utvecklat ett sätt att solubilisera dem, " säger Anastasiya Bavykina från forskargruppen vid KAUST Catalysis Center.

KAUST-forskarna producerade membran bestående av MOF inbäddad i en polymer, som de säger kan uppnå enastående prestanda i den utmanande separationen av propengas från propan.

"Det här är revolutionerande, " säger Bavykina. Propylen är en viktig råvara för den kemiska industrin; den används för att göra polymeren polypropen som används i många produkter. Den kan också omvandlas till andra polymerer och industriellt användbara kemikalier, men det måste först separeras från propanet det vanligtvis kommer att blandas med.

"Om den nuvarande energiintensiva propan-propen-separationstekniken, baserad på destillation, kan ersättas av vår MOF-membranteknologi, då kan detta spara cirka 0,1 procent av den globala energiförbrukningen, " påpekar medförfattaren Shuvo Datta.

En utmaning för teamet var att få en kristallin MOF att bete sig som en porös vätska. Teamet upptäckte hur man modifierar ytan på relativt stora MOF-nanopartiklar med lämpliga kemiska grupper. Denna "ytfunktionalisering" gjorde det möjligt för nanopartiklarna att bilda stabila dispersioner i ett flytande lösningsmedel.

En annan utmaning var att säkerställa att de inre porerna i MOF:erna förblir tomma och kan ta upp och tillåta genomträngning av önskade gasmolekyler. De porösa utrymmena och lösningsmedelsmolekylerna måste kontrolleras noggrant för att förhindra att lösningsmedlet fyller luckorna.

"Det är inte heller lätt att faktiskt visa att en vätska är porös, " tillägger Bavykina. Forskarna var tvungna att utveckla en ny experimentell uppsättning för att uppnå detta.

MOF-dispersionerna i flytande fas kan separera gasblandningar som bubblas genom dem, men teamet uppnådde större flexibilitet genom att införliva en MOF i sina flexibla och robusta polymermembran. Detta gjorde att ett kontinuerligt flödessystem kunde köras i upp till 30 dagar, framställning av 97 procent ren propen från en 50/50 propan-propenblandning som effektivt filtrerades av membranet.

Teamet vill nu skala upp sin procedur för att visa sin kommersiella potential. De kommer också att försöka tillämpa det på andra viktiga industriella gassepareringsprocesser.

Studien publiceras i Naturmaterial .