Van frisdrankflessen tot polyester kleding, ethyleen maakt deel uit van veel producten die we dagelijks gebruiken. Mede om aan de vraag te voldoen, de Shell Oil Company bouwt een ethaankrakerfabriek in Beaver County, Vader., specifiek om ethyleenmoleculen te produceren uit het overvloedige ethaan dat in aardgas wordt aangetroffen. Echter, de chemische reactie die wordt gebruikt om ethaan om te zetten in waardevol ethyleen is onvolledig, dus produceren dergelijke planten een onzuiver mengsel van ethyleen en ethaan. Het scheiden van zuiver ethyleen van ethaan is een moeilijk en kostbaar proces, maar een die nieuw onderzoek van de Swanson School of Engineering van de Universiteit van Pittsburgh klaar is om te stroomlijnen.

De techniek onderzocht in twee nieuwe artikelen, gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Association en Organometalen , zou vloeibaarmaking en distillatie vermijden door een materiaal te ontwerpen dat alleen ethyleenmoleculen bindt, waardoor ze worden gescheiden van ethaan.

Ethyleen is een olefine - een molecuul met een onverzadigde binding (zoals onverzadigde vetten). De huidige methoden om ethyleen van ethaan te scheiden, omvatten het afkoelen van het mengsel tot zeer lage temperaturen, het vloeibaar maken, en het in een grote destillatiekolom te voeren, wat een energie-intensief en kostbaar proces is. Ontwikkeld door een team onder leiding van professoren Karl Johnson, doctoraat, en Götz Veser, doctoraat, van Chemische en Petroleum Engineering, en professor Nathaniel Rosi, doctoraat, van het departement scheikunde, dit nieuwe proces zou potentieel veel energie kunnen besparen, tegelijkertijd de CO2-uitstoot en de kosten te verminderen.

Het hart van deze nieuwe scheidingsmethode zijn geïsoleerde koperatomen waaraan olefinen zoals ethyleen sterk kunnen binden. Omdat koperatomen van nature samen willen klonteren, die hun vermogen om te binden met olefinen vernietigt, de Pittsburgh-onderzoekers gebruikten metaal-organische raamwerken (MOF's) om afzonderlijke koperatomen op de juiste locatie effectief te isoleren om hoogwaardig ethyleen te produceren dat ten minste 99,999 procent zuiver is.

"Het unieke van dit materiaal is dat de geïsoleerde koperatomen zich in de juiste oxidatietoestand en de juiste geometrie binnen het metaalorganische raamwerk bevinden om een ​​zeer hoge selectiviteit te bieden - hoger dan andere adsorptiemethoden - en het kan gemakkelijk worden opgeschaald, " zegt Johnson, het WK Whiteford Professor bij de afdeling Chemical and Petroleum Engineering en Associate Director van het Center for Research Computing. "MOF's zijn een praktisch alternatief voor een inefficiënt en kostbaar proces."

"Ontwerpen van open metaallocaties in metaal-organische raamwerken voor paraffine/olefinescheidingen, " werd gepubliceerd in het Journal of the American Chemical Society en was co-auteur van Mona H. Mohamed, doctoraat, Austin Gamble Jarvi, Sunil Saxena, doctoraat, en Nathaniel Rosi, doctoraat, van de afdeling scheikunde van Pitt; en Yahui Yang, Lin Li, doctoraat, Sen Zhang, Johanna Ruffley, Götz Veser, doctoraat, Karl Johnson, doctoraat, van de afdeling Chemische en Petroleum Engineering. Rosi heeft een secundaire aanstelling in de Chemical and Petroleum Engineering.

"Fundamentele inzichten in de reactiviteit en het gebruik van open metaallocaties in Cu(I)-MFU-4/, " werd gepubliceerd in Organometallics en was co-auteur van Lin Li, doctoraat, Yahui Yang, Mona H. Mohamed, doctoraat, Sen Zhang, Götz Veser, doctoraat, Nathaniel Rosi, doctoraat, en Karl Johnson, doctoraat.