Metaal-organische raamwerken (MOF's) zijn veelbelovende materialen voor goedkope en minder energie-intensieve gasscheiding, zelfs in aanwezigheid van onzuiverheden zoals water.

Experimentele analyses van de prestaties van metaal-organische raamwerken (MOF's) voor de scheiding van propaan en propeen onder reële omstandigheden onthulden dat de meest gebruikte theorie om de selectiviteit te voorspellen geen nauwkeurige schattingen oplevert, en ook dat water als onzuiverheid geen nadelig effect heeft op de prestaties van het materiaal.

Koolwaterstoffen met een korte keten worden in mengsels geproduceerd na behandeling van ruwe olie in raffinaderijen en moeten worden gescheiden om industrieel bruikbaar te zijn. Bijvoorbeeld, propaan wordt gebruikt als brandstof en propeen als grondstof voor chemische synthese zoals de productie van polymeren. Echter, het scheidingsproces vereist meestal hoge temperaturen en drukken, en bovendien maakt de verwijdering van andere onzuiverheden zoals water het proces duur en energieverslindend.

De structuur van de bestudeerde MOF biedt een langlevende, aanpasbaar, en vooral efficiënt scheidingsalternatief bij omgevingscondities. Ze bouwen voort op het feit dat onverzadigde moleculen zoals propeen kunnen worden gecomplexeerd met de blootgestelde metaalatomen van het materiaal, terwijl verzadigde zoals propaan dit niet doen. Hoewel het onderzoek zich heeft gericht op het ontwikkelen van verschillende metaal-organische raamwerken voor verschillende scheidingsprocessen, de haalbaarheid van het gebruik van deze materialen voor toepassingen op industriële schaal wordt gewoonlijk alleen beoordeeld door te vertrouwen op een theorie die veel idealiserende veronderstellingen maakt over zowel het materiaal als de zuiverheid van de gassen. Dus, het is niet duidelijk of deze voorspellingen stand houden onder meer gecompliceerde maar ook meer realistische omstandigheden.

Een team van Hokkaido University-onderzoekers rond professor Shin-ichiro Noro heeft in samenwerking met de groep van professor Roland A. Fischer aan de Technische Universiteit van München een reeks metingen uitgevoerd op de prestaties van een prototypische MOF om de real-world selectiviteit van het materiaal vast te stellen, voor zowel volledig droge kaders als voor blootgestelde aan water.

Hun resultaten zijn onlangs gepubliceerd in ACS toegepaste materialen en interfaces laten zien dat de voorspelde selectiviteiten van het materiaal te hoog zijn in vergelijking met de real-world resultaten. Het toonde ook aan dat water de selectiviteit niet drastisch vermindert, hoewel het de capaciteit van het materiaal om gas te adsorberen vermindert. Het team voerde vervolgens kwantumchemische berekeningen uit om te begrijpen waarom en realiseerde zich dat de watermoleculen zelf nieuwe bindingsplaatsen bieden aan onverzadigde koolwaterstoffen, zoals propeen (maar geen propaan), waardoor de functionaliteit van het materiaal behouden blijft.

De onderzoekers stellen:"We toonden de kracht van adsorptie-experimenten met meerdere componenten om de haalbaarheid van het gebruik van een MOF-systeem te analyseren." Zo willen ze de tekortkomingen van veelgebruikte theorieën onder de aandacht brengen en andere groepen motiveren om ook een combinatie van verschillende real-world metingen te gebruiken.