Separar los gases utilizando tamices moleculares flexibles
Investigadores de la Universidad de Liverpool y de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah han hecho algunos hallazgos interesantes relacionados con los marcos metalorgánicos (MOF), una clase de materiales porosos, que podrían beneficiar a una amplia gama de importantes procesos de separación de gases.
Los cálculos de alto rendimiento de las propiedades de transporte de gas en miles de materiales porosos identifican los materiales que muestran potencial para las separaciones de gas con eficiencia energética en la industria química.
University of Liverpool
Los marcos metalorgánicos (MOF) son una clase relativamente nueva de materiales cristalinos porosos con una amplia gama de aplicaciones.
Algunos MOF pueden actuar como un tamiz molecular, permitiendo el paso de un tipo de molécula de gas de una mezcla y bloqueando las demás. Por ejemplo, se sabe que algunos MOF separan el propileno del propano, un proceso importante en la fabricación de plásticos de polipropileno para el que se requiere propileno de alta pureza.
En un primer artículo publicado en Nature Communications, los investigadores demuestran que, a diferencia de un tamiz de cocina, estos tamices moleculares tridimensionales pueden cambiar la forma de sus poros y su flexibilidad es vital para este rendimiento.
Los modelos computacionales apoyados por datos experimentales de rayos X indican que para uno de esos MOF de alto rendimiento, llamado KAUST-7, los cambios estructurales en el MOF desencadenados por la presencia de las moléculas de gas propileno y propano son cualitativamente diferentes y dan lugar a una mayor adsorción y un transporte más rápido del propileno, con lo que esencialmente se tamizan las moléculas de propano.
Sin embargo, es difícil predecir qué otros tipos de MOF poseen esta flexibilidad funcional y, por lo tanto, también podrían ser buenos para una separación de gas determinada, porque el rendimiento está controlado por interacciones moleculares específicas que son difíciles de prever o identificar experimentalmente.
En un segundo artículo publicado en Physical Chemistry Chemical Physics, los investigadores se centran en este desafío.
Desarrollaron un enfoque de cribado computacional para evaluar más de cuatro mil MOF previamente reportados por su flexibilidad al actuar como un tamiz molecular. Utilizando este enfoque, identificaron los cuatro principales MOF que muestran el potencial para separar el propileno del propano - dos de ellos ya se sabe que tienen un buen rendimiento, mientras que los otros dos aún no han sido probados para esta aplicación experimentalmente.
El Dr. Matthew Dyer, profesor de química y parte del Centro de Investigación de Leverhulme para el Diseño de Materiales Funcionales de la Universidad, dijo: "Los MOF han atraído un interés considerable en los últimos años y hay grandes esperanzas de aplicaciones técnicas, especialmente para los MOF flexibles.
"Nuestra investigación añade a nuestro conocimiento de los MOF, por qué algunos son capaces de actuar como tamices y cuáles muestran flexibilidad.
"Utilizando un enfoque computacional, somos capaces de identificar los MOF flexibles y estos hallazgos tienen el potencial de hacer que el proceso de purificación de gases sea más eficiente desde el punto de vista energético. Esto es importante en términos de la fabricación de plásticos de alta calidad que necesitan compuestos de partida puros que se extraen comúnmente de los subproductos gaseosos en el procesamiento petroquímico. "
"Estos enfoques de selección de alto rendimiento pueden aplicarse a muchos materiales diferentes con diversas aplicaciones potenciales. Tienen el potencial de cambiar la forma en que encontramos los materiales para enfrentar los desafíos tecnológicos".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Dmytro Antypov et al.; "Differential guest location by host dynamics enhances propylene/propane separation in a metal-organic framework"; Nature Communications; 2020
Yohanes Pramudya et al.; "High-throughput screening of metal–organic frameworks for kinetic separation of propane and propene"; Physical Chemistry Chemical Physics; 2020
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