Nell'industria chimica e petrolchimica, separare le molecole in modo efficiente dal punto di vista energetico è una delle sfide più importanti. Globale, i processi di separazione rappresentano circa il 40% dell'energia consumata nell'industria petrolchimica, e ridurre questo può aiutare ad affrontare le emissioni di carbonio antropogeniche.

Uno dei prodotti più importanti dell'industria petrolchimica è il propilene, che è ampiamente utilizzato nelle fibre, schiume, plastica ecc. La purificazione del propilene richiede quasi sempre la sua separazione dal propano. Attualmente ciò avviene mediante distillazione criogenica, dove i due gas vengono liquefatti mediante raffreddamento a temperature sotto lo zero. Ciò conferisce al processo di separazione propilene-propano un'impronta energetica molto ampia.

Una soluzione consiste nell'utilizzare "strutture metallo-organiche" (MOF). Questi sono porosi, polimeri cristallini costituiti da nodi metallici collegati tra loro da ligandi organici. I pori nella loro struttura molecolare consentono ai MOF di catturare le molecole in modo così efficiente che ora sono i primi candidati nella ricerca sulla cattura del carbonio.

In termini di separazione delle molecole, Le membrane a base di MOF sono tra le più performanti, e può effettuare la separazione propilene-propano a temperatura ambiente. Un MOF chiamato ZIF-8 (quadri imidazolitici zeolitici-8), consente al propilene di diffondersi attraverso i suoi pori 125 volte in modo più efficiente del propano a 30oC, offrendo un'elevata selettività senza la necessità di temperature sotto lo zero.

"La sfida principale con questo approccio è sintetizzare alta qualità, ultra sottile, Film MOF su substrati porosi commerciali senza complicate modifiche del substrato, " afferma il professor Kumar Varoon Agrawal all'EPFL. "Tali pellicole di alta qualità hanno meno difetti e sono necessarie per ottenere la massima selettività di separazione possibile." Il suo laboratorio all'EPFL Sion ha ora sviluppato un approccio di cristallizzazione MOF semplice chiamato "assemblaggio di nuclei elettroforetici per la cristallizzazione". di film sottili altamente intercresciuti" (ENACT).

Il metodo ENACT consente una semplice regolazione della nucleazione eterogenea su substrati porosi e non porosi non modificati (come ottenuti). Questo a sua volta facilita la sintesi di ultrasottili, film MOF policristallini altamente intercresciuti.

Il laboratorio ha utilizzato il metodo ENACT per sintetizzare membrane MOF di 500 nm di spessore. Quando li hanno testati, le membrane hanno fornito una delle migliori prestazioni di separazione nella separazione propilene/propano finora registrate. Il film ultrasottile ha prodotto una grande permeabilità al propilene (flusso normalizzato con differenza di pressione), che contribuirà a ridurre l'area della membrana necessaria per le applicazioni industriali.

Il gruppo conclude che il versatile, Il semplice metodo ENACT può essere esteso a un'ampia gamma di cristalli nanoporosi.