Een omgekeerde vorm van gastheer-gastchemie zou de manier waarop de chemische industrie uitdagende, energie-intensieve moleculaire scheidingen.

Moleculaire kooien, waarin gastmoleculen zich vastklampen aan de buitenoppervlakken van de kooien in plaats van een interne holte binnen te gaan, zou de milieu-impact van het scheiden van mengsels van industriële chemicaliën kunnen verminderen, onderzoek van KAUST suggereert.

Moleculaire scheidingen die op grote schaal door de chemische industrie worden uitgevoerd, zijn samen goed voor maar liefst 15 procent van het wereldwijde energieverbruik. Een van de meest energie-intensieve scheidingen betreft benzeenderivaten, xylenen genoemd, die worden geproduceerd als een mengsel van drie isomere vormen die moeten worden gescheiden voor hun verschillende industriële toepassingen. De meest waardevolle isomeer, para-xyleen, is een belangrijk ingrediënt bij de productie van polyester en polyethyleentereftalaat (PET) polymeer.

"Conventioneel, deze isomeren worden gescheiden door energieverslindende methoden, zoals fractionele kristallisatie, " zegt Basem Moosa, een onderzoekswetenschapper in het laboratorium van Niveen Khashab. "Alternatieve technieken die minder warmte nodig hebben, zouden de koolstofvoetafdruk en de algehele vervuiling van xyleenscheiding verminderen, " hij voegt toe.

Khashab en haar team hebben de mogelijkheid onderzocht om xyleen-isomeren te scheiden met behulp van kooiachtige materialen, die selectief één xyleenisomeer in het mengsel absorberen, als energiezuinige alternatieve scheidingstechniek. Eerder onderzoek was gericht op poreuze anorganische materialen, zeolieten genaamd, maar de verwerkingsproblemen en de beperkte selectiviteit van zeolieten hebben hun acceptatie door de industrie enigszins beperkt.

In hun laatste werk, KAUST-onderzoekers wendden zich tot stabiel, gemakkelijk te maken organische kooimaterialen die op stikstof gebaseerde azogroepen in hun structuur hebben opgenomen. De materialen vingen het para-xyleenisomeer selectief op met een hoge. "Vergeleken met andere organische materialen, het vertoonde een van de hoogste adsorbentia voor xyleenscheidingen, " zegt Aliyah Fakim, een doctoraat student in het team van Khashab. Opvallend, echter, de para-xyleenadsorptie hield niet in dat het isomeer de azo-kooi binnenging. In plaats daarvan, de isomeer plakte aan de buitenkant van de kooi, vorming van kristallen waarin elk para-xyleenmolecuul was omgeven door vier kooimoleculen.

Het team is van plan de prestaties van de niet-poreuze organische kooien te verfijnen door de activeringstemperatuur te verlagen en de tijd te verminderen die nodig is om het para-xyleen te absorberen en vervolgens vrij te geven zodra het uit het mengsel is geëxtraheerd.

Echter, het concept van scheiding met behulp van niet-poreuze organische kooien zou kunnen worden toegepast voor veel chemische scheidingen op industriële schaal, het verlagen van de energievraag van deze belangrijke industriële processen, Khashab merkt op. "Wij geloven dat deze structuren een volgende generatie zullen zijn, disruptieve technologie voor veel energie-intensieve chemische scheidingen, " zegt ze. "De biologische kooien zijn goedkoop op te schalen in vergelijking met andere organische materialen, en het meest interessante, ze kunnen gemakkelijk worden afgestemd voor selectieve scheidingen, in tegenstelling tot hun anorganische zeoliet-tegenhangers."