Ethyleen, een belangrijke grondstof in de chemische industrie, bevat vaak sporen van acetyleenverontreinigingen, die verwijderd moeten worden. In het journaal Angewandte Chemie , onderzoekers beschrijven een robuust en regenereerbaar poreus metaal-organisch raamwerk dat acetyleen met buitengewone efficiëntie en selectief vangt. De synergetische combinatie van op maat gemaakte poriegroottes en chemische aanlegplaatsen maakt het materiaal bijzonder efficiënt, zegt de studie.

Ethyleen is de belangrijkste chemische voorloper van ethanol en polyethyleen en wordt voornamelijk geproduceerd door stoomkraken. Hoewel de ethyleenfractie meestal zeer zuiver is (meer dan 99%), resterende sporen van acetyleenverontreinigingen kunnen de katalysatoren die in stroomafwaartse processen worden gebruikt, vernietigen.

Omdat ethyleen en acetyleen erg op elkaar lijken en alleen verschillen in de hoeveelheid waterstofatomen - ethyleen heeft vier waterstofatomen gebonden aan twee koolstofatomen, acetyleen heeft er twee:de scheiding van beide gassen is ingewikkeld en moeilijk. De huidige industriële processen zijn gebaseerd op distillatie, wat enorm veel energie kost.

Echter, koolwaterstofverbindingen binden aan poreuze stoffen die metaal-organische raamwerken (MOF's) worden genoemd. MOF's zijn gemaakt van metaalionen en organische liganden en bevatten poriën en chemische koppelingsplaatsen die kunnen worden ontworpen om specifieke moleculen op te vangen uit een gasstroom bij omgevingscondities. Echter, voor de scheiding van ethyleen en acetyleen, de industrie vraagt ​​om robuuste, regenereerbaar, zeer selectief, en goedkope materialen, die tot nu toe niet zijn gevonden.

Dan Zhao en zijn collega's van de National University of Singapore hebben nu een MOF ontwikkeld die specifiek is voor het afvangen van acetyleen die mogelijk voldoet aan de eisen van buitengewone selectiviteit en robuustheid. De wetenschappers concentreerden zich op een gevestigde MOF met nikkelsites, maar ze "openden" deze nikkelplaatsen voor de binding van meer moleculen door ze te activeren en bloot te stellen aan de poriën, zodat ze in staat waren om twee gastmoleculen tegelijk te binden.

In aanvulling, de wetenschappers hebben de poriegroottes van de MOF aangepast om alleen zeer kleine gasmoleculen binnen te laten, en vulden de poriënwanden met chemische groepen die acetyleen over ethyleen zouden aantrekken door hun sterkere elektrostatische en chemische interacties.

Dus, het combineren van kleine poriegroottes met de open nikkelplaatsen en plaatsen voor preferentiële acetyleenbinding, de wetenschappers hebben een Ni-MOF gemaakt met de naam Ni ₃ (pzdc) ₂ (7Hade) ₂ dat is buitengewoon selectief, robuust, stal, en kan worden geregenereerd. Volgens de studie, de Ni-MOF zuiverde de ethyleenstroom met een factor duizend en hield de selectiviteit hoog over een reeks drukken en regeneratiecycli. In aanvulling, de Ni-MOF kan worden bereid in een standaard hydrothermische procedure, zeggen de wetenschappers.

De auteurs wijzen erop dat de synergie van poriegeometrie en grootte, gecombineerd met chemische interacties, kan verder worden verbeterd en kan leiden tot nog effectievere scheidingen. Dit is interessant voor industriële toepassingen.