En mer energieffektiv metod förbättrar hur en industrigas renas genom att vända den traditionella processen. Konceptet utvecklades och testades framgångsrikt av forskare vid Kyoto Universitys Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) i Japan och kollegor. Fynden rapporterades i tidskriften Angewandte Chemie International Edition .

Acetylen är en gas som används i många industrier, inklusive som bränsle vid svetsning och en kemisk byggsten för material som plast, målar, glas och hartser. För att producera acetylen, det måste först renas från koldioxid. Traditionellt, detta görs genom att acetylen/koldioxidgasblandningen passerar genom ett material. Koldioxid interagerar svagt med materialet och passerar så genom, medan acetylen reagerar starkt och blir fäst vid det. Problemet är att det efterföljande avlägsnandet av acetylen från materialet tar flera energikrävande steg.

Forskare har letat efter sätt att vända denna process, så att acetylen blir gasen som passerar genom materialet och koldioxid hålls tillbaka. Men hittills, detta har varit väldigt utmanande.

"Ett problem är att båda gaserna har liknande molekylstorlek, form och kokpunkter, " förklarar iCeMS-kemisten Susumu Kitagawa, som ledde studien. "Adsorbenter som gynnar koldioxid framför acetylen finns men är sällsynta, speciellt de som fungerar i rumstemperatur."

Kitagawa, iCeMS materialkemist Ken-ichi Otake och deras kollegor förbättrade koldioxidadsorptionen av ett kristallint material som kallas porösa koordinationspolymerer genom att modifiera dess porer. Teamet förankrade aminogrupper i porkanalerna i två porösa koordinationspolymerer. Detta gav ytterligare platser för koldioxid att interagera med och fästa vid materialet. Det ytterligare interaktionsstället förändrade också sättet att binda acetylen till materialet, lämnar mindre utrymme för acetylenmolekyler. Detta innebar att mer koldioxid och mindre acetylen adsorberades jämfört med samma material som inte hade aminogruppsankarna.

Dessa nydesignade material adsorberade mer koldioxid och mindre acetylen jämfört med andra för närvarande tillgängliga koldioxidadsorbenter. De fungerade också bra runt rumstemperatur, och fungerade stabilt genom flera cykler.

"Denna strategi för "motsatta åtgärder" skulle kunna tillämpas på andra gassystem, erbjuder en lovande designprincip för porösa material med hög prestanda för utmanande igenkännings- och separationssystem, säger Kitagawa.