Een meer energie-efficiënte methode verbetert de manier waarop een industrieel gas wordt gezuiverd door het traditionele proces om te keren. Het concept is ontwikkeld en met succes getest door wetenschappers van het Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) van de Universiteit van Kyoto in Japan en collega's. De bevindingen werden gerapporteerd in het tijdschrift Internationale editie van Angewandte Chemie .

Acetyleen is een gas dat in veel industrieën wordt gebruikt, onder meer als brandstof bij het lassen en als chemische bouwsteen voor materialen zoals kunststoffen, verven, glas en harsen. Om acetyleen te produceren, het moet eerst worden gezuiverd van koolstofdioxide. traditioneel, dit wordt gedaan door het gasvormige mengsel van acetyleen en kooldioxide door een materiaal te leiden. Kooldioxide heeft een zwakke wisselwerking met het materiaal en gaat er dus doorheen, terwijl acetyleen sterk reageert en eraan gehecht raakt. Het probleem is dat de daaropvolgende verwijdering van acetyleen uit het materiaal verschillende energieverslindende stappen vergt.

Wetenschappers hebben gezocht naar manieren om dit proces om te keren, zodat acetyleen het gas wordt dat door het materiaal gaat en kooldioxide wordt tegengehouden. Maar tot nu toe, dit is erg uitdagend geweest.

"Een probleem is dat beide gassen een vergelijkbare molecuulgrootte hebben, vorm en kookpunten, " legt iCeMS-chemicus Susumu Kitagawa uit, die de studie leidde. "Adsorbentia die koolstofdioxide prefereren boven acetyleen bestaan, maar zijn zeldzaam, vooral degenen die bij kamertemperatuur werken."

Kitagawa, iCeMS-materialenchemicus Ken-ichi Otake en hun collega's verbeterden de kooldioxide-adsorptie van een kristallijn materiaal, poreuze coördinatiepolymeren genaamd, door de poriën ervan te wijzigen. Het team verankerde aminogroepen in de poriekanalen van twee poreuze coördinatiepolymeren. Dit zorgde voor extra plaatsen voor koolstofdioxide om te interageren met en te hechten aan het materiaal. De extra interactieplaats veranderde ook de manier waarop acetyleen aan het materiaal bond, waardoor er minder ruimte overblijft voor de aanhechting van acetyleenmoleculen. Dit betekende dat er meer koolstofdioxide en minder acetyleen werd geadsorbeerd in vergelijking met hetzelfde materiaal dat geen aminogroepankers had.

Deze nieuw ontworpen materialen adsorbeerden meer koolstofdioxide en minder acetyleen in vergelijking met andere momenteel beschikbare koolstofdioxide-adsorbentia. Ze functioneerden ook goed rond kamertemperatuur, en presteerde stabiel gedurende verschillende cycli.

"Deze 'tegenovergestelde actie'-strategie zou van toepassing kunnen zijn op andere gassystemen, het aanbieden van een veelbelovend ontwerpprincipe voor poreuze materialen met hoge prestaties voor uitdagende herkennings- en scheidingssystemen, ' zegt Kitagawa.