Wetenschap
Chemici stabiliseren ethyleen op zilver op zoek naar betere ethyleenzuiveringstechnologie
De productie van ethyleen is een van de belangrijkste chemische processen die tegenwoordig worden gebruikt, waarbij jaarlijks ongeveer 300 miljoen ton van de kleine chemische stof wordt geproduceerd. Ethyleengas wordt gebruikt voor het maken van alledaagse artikelen zoals boodschappentassen en plasticfolieverpakkingen.
De productie van ethyleen kost echter enorme hoeveelheden energie; Volgens sommige schattingen zijn de methoden die worden gebruikt om gassen zoals ethyleen te zuiveren verantwoordelijk voor ongeveer 0,8% van de totale koolstofuitstoot in de wereld. Ethyleen moet worden gescheiden van ongewenste bijproducten door middel van stoomkraken, een proces waarbij koolwaterstoffen worden afgebroken door aardolie of aardgas te raffineren.
Een team van UTA-chemici onder leiding van Rasika Dias, professor en voorzitter van scheikunde en biochemie aan de Universiteit van Texas in Arlington, heeft een methode gevonden die deze processen duurzamer zou kunnen maken.
In hun recente bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Chemical Science , Dias rapporteert over een soort zilverhoudend materiaal dat ethyleen in zijn vaste toestand kan absorberen, terwijl het opmerkelijke veranderingen in zijn structuur ondergaat. Dergelijke vormveranderende moleculen zouden kunnen leiden tot duurzame manieren om gasvormig ethyleen op te vangen, te zuiveren en vrij te geven.
"Mijn team en ik hebben hard gewerkt aan het vinden van duurzamere manieren om ethyleen te scheiden, te zuiveren en op te vangen, omdat de chemische stof zo commercieel belangrijk is voor onze economie, van de petrochemische industrie tot de landbouw," zei Dias.
Het onderzoeksteam bestond uit UTA-afgestudeerde student Devaborniny Parasar en wetenschapper Mukundam Vanga en collega's van het Argonne National Laboratory in Argonne, Illinois; Stony Brook University in Stony Brook, NY; Universidad San Sabastian in Santiago, Chili; en Taras Shevchenko Nationale Universiteit in Kiev, Oekraïne.
"De omvang en snelheid van structurele veranderingen die gasvormig ethyleen voortstuwt op zilverionen bevattende vaste stoffen zijn tamelijk ongelooflijk en zijn nog niet in zo'n ingewikkeld detail onderzocht", zei Dias. "Het is ook een uitdaging om moleculen met ethyleen op zilver te stabiliseren, omdat ze zwakke bindingen met elkaar creëren. Dit werk werpt ook licht op onze op koper gebaseerde ethyleenzuiveringstechnologie."
In dit onderzoek gebruikte het team innovatieve röntgendiffractietechnieken met één kristal en poederröntgendiffractie om een duidelijk inzicht te krijgen in het proces 'live' in moleculaire vorm, inclusief het zien van de vormen van de moleculen met en zonder ethyleen. De resultaten van het experiment werden vervolgens bestudeerd met behulp van gedetailleerde computertechnieken, wat leidde tot het inzicht dat zilver en ethyleen met succes in verschillende vormen konden worden gestabiliseerd.
"Ons onderzoek is spannend omdat het voor de eerste keer levende ethyleen-gedreven chemie in vaste, kristallijne materialen laat zien," zei Dias. "Hoewel ons werk voorlopig is, heeft het enorme gevolgen voor de manier waarop we kunnen werken aan het milieuvriendelijker maken van grondstoffen voor de productie van plastic."