Le strutture metallo-organiche (MOF) sono materiali promettenti per la separazione dei gas poco costosa e meno energivora anche in presenza di impurità come l'acqua.

Analisi sperimentali delle prestazioni di strutture metallo-organiche (MOF) per la separazione di propano e propene in condizioni reali hanno rivelato che la teoria più comunemente utilizzata per prevedere la selettività non fornisce stime accurate, e anche che l'acqua come impurità non ha un effetto dannoso sulle prestazioni del materiale.

Gli idrocarburi a catena corta sono prodotti in miscele dopo il trattamento del petrolio greggio nelle raffinerie e devono essere separati per essere industrialmente utili. Per esempio, il propano viene utilizzato come combustibile e il propene come materia prima per la sintesi chimica come la produzione di polimeri. Però, il processo di separazione richiede solitamente temperature e pressioni elevate, e inoltre la rimozione di altre impurità come l'acqua rende il processo costoso e consuma energia.

La struttura del MOF studiato offre una lunga vita, adattabile, e, soprattutto, un'alternativa di separazione efficiente in condizioni ambientali. Si basano sul fatto che le molecole insature come il propene possono essere complessate con gli atomi di metallo esposti del materiale, mentre quelli saturi come il propano non lo fanno. Mentre la ricerca si è concentrata sullo sviluppo di diverse strutture metallo-organiche per diversi processi di separazione, la fattibilità dell'utilizzo di questi materiali su applicazioni su scala industriale è comunemente valutata solo basandosi su una teoria che fa molte ipotesi idealizzanti sia sul materiale che sulla purezza dei gas. Così, non è chiaro se queste previsioni valgano in condizioni più complicate ma anche più realistiche.

Un team di ricercatori dell'Università di Hokkaido attorno al professor Shin-ichiro Noro in collaborazione con il gruppo del professor Roland A. Fischer presso l'Università tecnica di Monaco ha condotto una serie di misurazioni sulle prestazioni di un MOF prototipo per accertare la selettività del materiale nel mondo reale, sia per strutture completamente asciutte che pre-esposte all'acqua.

I loro risultati recentemente pubblicati in Materiali e interfacce applicati ACS mostrano che le selettività previste del materiale sono troppo alte rispetto ai risultati del mondo reale. Ha inoltre dimostrato che l'acqua non diminuisce drasticamente la selettività, sebbene riduca la capacità del materiale di assorbire il gas. Il team ha quindi eseguito calcoli di chimica quantistica per capire il motivo e si è reso conto che le stesse molecole d'acqua offrono nuovi siti di legame agli idrocarburi insaturi, come propene (ma non propano), mantenendo così la funzionalità del materiale.

I ricercatori affermano:"Abbiamo mostrato la potenza degli esperimenti di adsorbimento multicomponente per analizzare la fattibilità dell'utilizzo di un sistema MOF". Vogliono quindi aumentare la consapevolezza delle carenze delle teorie comunemente usate e motivare altri gruppi a utilizzare anche una combinazione di diverse misurazioni del mondo reale.