Un vaso que tamiza el dióxido de carbono
Un grupo de investigación desarrolla un material de vidrio que separa gases con precisión
Separar moléculas de dióxido de carbono de mezclas gaseosas requiere materiales con poros extremadamente finos. Investigadores de la Universidad Friedrich Schiller de Jena, en colaboración con la Universidad de Leipzig y la Universidad de Viena, han hallado una forma novedosa de conseguirlo: transformaron compuestos cristalinos de armazón metalorgánico en vidrio. Al hacerlo, consiguieron reducir el tamaño de los poros del material hasta hacerlo impermeable a determinadas moléculas de gas. Los resultados se publican en la revista Nature Materials.
El vidrio híbrido basado en redes metalorgánicas es adecuado para la separación de gases.
Jens Meyer (University of Jena)
Estructuras metalorgánicas comprimidas
"En realidad, antes se consideraba que estos materiales similares al vidrio no eran porosos", explica el Dr. Alexander Knebel, del Instituto Otto Schott de la Universidad de Jena, que dirigió este trabajo. Y añade: "El material de partida, es decir, los compuestos de estructura cristalina tienen poros muy claramente definidos y también una gran superficie interna. De ahí que también se investiguen como materiales para almacenar o separar gases. Sin embargo, esta estructura definida se pierde durante la fusión y la compresión. Y nosotros nos aprovechamos de eso".
"Los compuestos de armazón metalorgánico están formados por iones metálicos unidos entre sí por moléculas orgánicas rígidas", describe el líder del grupo de investigación junior para explicar el material. "En los espacios de estas rejillas tridimensionales y regulares, las moléculas de gas pueden moverse con facilidad. Durante el procesamiento del vidrio, comprimimos el material. En pocas palabras, pudimos comprimir los poros hasta el tamaño deseado", ilustra.
Desorden ordenado
Aunque la estructura general del cristal desaparece durante la fusión, algunas partes del cristal conservan su estructura. "En términos técnicos, esto significa que durante la transición de cristal a vidrio se pierde el orden de largo alcance del material, pero se conserva el de corto alcance", explica Knebel. Oksana Smirnova, estudiante de doctorado de la Universidad de Jena y autora principal del trabajo, añade: "Cuando ahora fundimos y comprimimos este material, los intersticios porosos también cambian". Como resultado, se crean canales con constricciones -o incluso callejones sin salida- y, en consecuencia, algunos gases simplemente ya no caben por ellos.
De este modo, el grupo consiguió diámetros de poro de 0,27 a 0,32 nanómetros en el material, con una precisión de una centésima de nanómetro. "A título ilustrativo: Esto es unas diez mil veces más fino que un cabello humano y cien veces más fino que una doble hélice de ADN. Con este tamaño de poro pudimos separar, por ejemplo, el dióxido de carbono del etano", explica Knebel. "Nuestro gran avance en este campo es probablemente la alta calidad de los vidrios y el ajuste preciso de los canales de los poros", categoriza Knebel el trabajo. "Además, nuestros vidrios tienen un tamaño de varios centímetros", añade.
"Uno de los objetivos de este trabajo es desarrollar una membrana de vidrio para aplicaciones medioambientales. Porque separar el dióxido de carbono de los gases es sin duda uno de los grandes retos tecnológicos de nuestro tiempo", dice Knebel. "Por eso también agradezco el apoyo a este trabajo a través del Programa Breakthroughs de la Fundación Carl Zeiss - y por el extraordinario compromiso de mi estudiante de doctorado Oksana Smirnova, que contribuyó significativamente al éxito de este trabajo."
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
Oksana Smirnova, Seungtaik Hwang, Roman Sajzew, Lingcong Ge, Aaron Reupert, Vahid Nozari, Samira Savani, Christian Chmelik, Michael R. Reithofer, Lothar Wondraczek, Jörg Kärger, Alexander Knebel; "Precise control over gas-transporting channels in zeolitic imidazolate framework glasses"; Nature Materials, 2023-12-20
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