Atrapar el acetileno
Separación del rastro de acetileno del etileno en estructuras ultramicroporosas de metal-orgánico
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.
© Wiley-VCH
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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