22.03.2021 - Kyoto University

La "acción contraria" podría mejorar la separación de gases industriales

Un concepto de diseño cambia la forma en que los materiales separan las mezclas gaseosas

Un método más eficiente desde el punto de vista energético mejora la forma de purificar un gas industrial invirtiendo el proceso tradicional. El concepto ha sido desarrollado y probado con éxito por científicos del Instituto de Ciencias Celulares y Materiales Integrados (iCeMS) de la Universidad de Kioto, en Japón, y sus colegas.

El acetileno es un gas utilizado en muchas industrias, como combustible en la soldadura y componente químico de materiales como plásticos, pinturas, vidrio y resinas. Para producir acetileno, primero hay que purificarlo del dióxido de carbono. Tradicionalmente, esto se hace pasando la mezcla gaseosa de acetileno y dióxido de carbono a través de un material. El dióxido de carbono interactúa débilmente con el material y lo atraviesa, mientras que el acetileno reacciona fuertemente y se adhiere a él. El problema es que la posterior eliminación del acetileno del material requiere varios pasos que consumen energía.

Los científicos han estado buscando formas de invertir este proceso, de modo que el acetileno se convierta en el gas que atraviesa el material y el dióxido de carbono quede retenido. Pero hasta ahora, esto ha sido muy difícil.

"Un problema es que ambos gases tienen un tamaño molecular, una forma y unos puntos de ebullición similares", explica el químico del iCeMS Susumu Kitagawa, que dirigió el estudio. "Existen adsorbentes que favorecen al dióxido de carbono frente al acetileno, pero son escasos, especialmente los que funcionan a temperatura ambiente".

Kitagawa, el químico de materiales de iCeMS Ken-ichi Otake y sus colegas mejoraron la adsorción de dióxido de carbono de un material cristalino llamado polímeros de coordinación porosa modificando sus poros. El equipo ancló grupos amino en los canales de los poros de dos polímeros de coordinación porosos. Esto proporcionó sitios adicionales para que el dióxido de carbono interactuara y se adhiriera al material. El sitio de interacción adicional también cambió la forma en que el acetileno se unía al material, dejando menos espacio para la fijación de la molécula de acetileno. Esto significó que se adsorbió más dióxido de carbono y menos acetileno en comparación con el mismo material que no tenía los anclajes del grupo amino.

Estos materiales recién diseñados adsorbieron más dióxido de carbono y menos acetileno en comparación con otros adsorbentes de dióxido de carbono disponibles actualmente. También funcionaron bien en torno a la temperatura ambiente y se comportaron de forma estable a lo largo de varios ciclos.

"Esta estrategia de "acción opuesta" podría aplicarse a otros sistemas de gas, ofreciendo un prometedor principio de diseño de materiales porosos de alto rendimiento para sistemas de reconocimiento y separación difíciles", afirma Kitagawa.


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