Metaal-organische raamwerken (MOF's) zijn veelzijdige verbindingen die poriën van nanogrootte in hun kristalstructuur herbergen. Door hun nanoporiën, MOF's worden nu gebruikt in een breed scala aan toepassingen, inclusief het scheiden van petrochemicaliën, DNA nabootsen, en het verwijderen van zware metalen, fluoride-anionen, waterstof, en zelfs goud uit water.

Vooral gasscheiding is van groot belang voor een aantal industrieën, zoals de productie van biogas, luchtverrijking bij metaalbewerking, het zuiveren van aardgas, en het terugwinnen van waterstof uit ammoniakfabrieken en olieraffinaderijen. "De flexibele 'rooster'-structuur van metaal-organische raamwerken neemt gasmoleculen op die zelfs groter zijn dan het porievenster, waardoor het moeilijk is om een ​​efficiënte scheiding op basis van membraan uit te voeren, " zegt Kumar Varoon Agrawal, die de GAZNAT-leerstoel voor geavanceerde scheidingen bekleedt bij EPFL Wallis Wallis.

Nutsvoorzieningen, wetenschappers van het laboratorium van Agrawal hebben de gasscheiding sterk verbeterd door de MOF-roosterstructuur stijf te maken. Ze deden dit met behulp van een nieuwe "post-synthetische snelle warmtebehandeling"-methode, wat in feite inhield dat een populaire MOF genaamd ZIF-8 (zeolitisch imidazolaatraamwerk 8) gedurende enkele seconden op 360 ° C werd gebakken.

De methode verbeterde de gasscheidingsprestaties van ZIF-8 drastisch, met name bij 'carbon capture', een proces dat de uitstoot van kooldioxide opvangt die wordt geproduceerd door het gebruik van fossiele brandstoffen, voorkomen dat het in de atmosfeer terechtkomt. "Voor de eerste keer, we hebben commercieel aantrekkelijke dioxide-zeefprestaties bereikt een MOF-membraan, ', zegt Agrawal.

De wetenschappers schrijven de verbetering toe aan een krimp van de roosterparameters, waardoor de chemische bindingen van MOF stijver worden. De essentiële chemische samenstelling, verbindende omgeving, en kristalliniteit van het materiaal werd niet beïnvloed door de nieuwe procedure.

"Snelle warmtebehandeling is een gemakkelijke en veelzijdige techniek die de gasscheidingsprestaties van de MOF-membranen enorm kan verbeteren, "zegt Agrawal. "Door het rooster stijf te maken, we kunnen een aantal scheidingen efficiënt uitvoeren."