El etileno, una materia prima clave en la industria química, suele incluir trazas de contaminantes de acetileno, que deben ser eliminados. En la revista Angewandte Chemie, los investigadores describen un marco metal-orgánico poroso robusto y regenerable que captura el acetileno con una eficiencia extraordinaria y de manera selectiva. Su combinación sinérgica de tamaños de poros hechos a medida y sitios de acoplamiento químico hace que el material sea especialmente eficiente, dice el estudio.
El etileno es el precursor químico más importante para el etanol y el polietileno, y se produce principalmente mediante el craqueo con vapor. Aunque la fracción de etileno suele ser muy pura (más del 99%), los restos de contaminantes de acetileno pueden destruir los catalizadores utilizados en los procesos posteriores.
Como el etileno y el acetileno son muy similares y sólo difieren en la cantidad de átomos de hidrógeno -el etileno tiene cuatro átomos de hidrógeno unidos a dos átomos de carbono, el acetileno tiene dos- la separación de ambos gases es elaborada y difícil. Los procesos industriales actuales se basan en la destilación, que consume una enorme cantidad de energía.
Sin embargo, los compuestos de hidrocarburos se unen a sustancias porosas llamadas marcos metal-orgánicos (MOF). Los MOF están hechos de iones metálicos y ligandos orgánicos y contienen poros y sitios de acoplamiento químico que pueden diseñarse para capturar moléculas específicas de una corriente de gas en condiciones ambientales. Sin embargo, para la separación del etileno y el acetileno, la industria exige materiales robustos, regenerables, altamente selectivos y baratos, que hasta ahora no se han encontrado.
Dan Zhao y sus colegas de la Universidad Nacional de Singapur han desarrollado ahora un MOF específico para la captura de acetileno que puede satisfacer las demandas de extraordinaria selectividad y robustez. Los científicos se centraron en un MOF establecido con sitios de níquel, pero "abrieron" estos sitios de níquel para la unión de más moléculas activándolas y exponiéndolas a los poros para que pudieran unir dos moléculas huéspedes a la vez.
Además, los científicos ajustaron el tamaño de los poros del MOF para permitir la entrada sólo de moléculas de gas muy pequeñas, y llenaron las paredes de los poros con grupos químicos que atraerían el acetileno sobre el etileno a través de sus interacciones electrostáticas y químicas más fuertes.
Así, combinando pequeños tamaños de poros con los sitios abiertos de níquel y los sitios para la unión preferencial de acetileno, los científicos han creado un Ni-MOF llamado Ni3(pzdc)2(7Hade)2 que es extraordinariamente selectivo, robusto, estable y puede ser regenerado. Según el estudio, el Ni-MOF purificó la corriente de etileno por un factor de mil y mantuvo la selectividad alta a través de una gama de presiones y ciclos de regeneración. Además, el Ni-MOF puede ser preparado en un procedimiento hidrotérmico estándar, dicen los científicos.
Los autores señalan que la sinergia de la geometría y el tamaño de los poros, combinada con las interacciones químicas, puede mejorar aún más y puede conducir a separaciones aún más eficaces. Esto es interesante para la aplicación industrial.
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