Etilene, una materia prima fondamentale nell'industria chimica, spesso include tracce di acetilene contaminanti, che devono essere rimossi. Nel diario Angewandte Chemie , i ricercatori descrivono una struttura metallo-organica porosa robusta e rigenerabile che cattura l'acetilene con straordinaria efficienza e in modo selettivo. La sua combinazione sinergica di dimensioni dei pori su misura e siti di attracco chimico rende il materiale particolarmente efficiente, lo studio dice.

L'etilene è il precursore chimico più importante dell'etanolo e del polietilene ed è prodotto principalmente mediante steam cracking. Sebbene la frazione etilenica sia solitamente molto pura (più del 99%), tracce residue di contaminanti acetilenici possono distruggere i catalizzatori utilizzati nei processi a valle.

Poiché l'etilene e l'acetilene sono molto simili e differiscono solo per la quantità di atomi di idrogeno, l'etilene ha quattro atomi di idrogeno legati a due atomi di carbonio, l'acetilene ne ha due:la separazione di entrambi i gas è elaborata e difficile. Gli attuali processi industriali si basano sulla distillazione, che consuma una quantità enorme di energia.

Però, i composti idrocarburici si legano a sostanze porose chiamate strutture metallo-organiche (MOF). I MOF sono costituiti da ioni metallici e ligandi organici e contengono pori e siti di aggancio chimici che possono essere progettati per catturare molecole specifiche da un flusso di gas in condizioni ambientali. Però, per la separazione di etilene e acetilene, l'industria richiede robusti, rigenerabile, altamente selettivo, e materiali economici, che finora non sono stati trovati.

Dan Zhao e i suoi colleghi della National University of Singapore hanno ora sviluppato un MOF specifico per la cattura dell'acetilene che può soddisfare le esigenze di straordinaria selettività e robustezza. Gli scienziati si sono concentrati su un MOF consolidato con siti di nichel, ma hanno "aperto" questi siti di nichel per il legame di più molecole attivandoli ed esponendoli ai pori in modo che fossero in grado di legare due molecole ospiti contemporaneamente.

Inoltre, gli scienziati hanno regolato le dimensioni dei pori del MOF per consentire l'ingresso solo a molecole di gas molto piccole, e riempiva le pareti dei pori con gruppi chimici che avrebbero attratto l'acetilene sull'etilene attraverso le loro interazioni elettrostatiche e chimiche più forti.

Così, combinando piccole dimensioni dei pori con i siti di nichel aperti e i siti per il legame preferenziale dell'acetilene, gli scienziati hanno creato un Ni-MOF chiamato Ni ₃ (pzdc) ₂ (7Ade) ₂ che è straordinariamente selettivo, robusto, stabile, e può essere rigenerato. Secondo lo studio, il Ni-MOF ha purificato il flusso di etilene di un fattore mille e ha mantenuto alta la selettività in un intervallo di pressioni e cicli di rigenerazione. Inoltre, il Ni-MOF può essere preparato in una procedura idrotermale standard, dicono gli scienziati.

Gli autori sottolineano che la sinergia tra geometria e dimensione dei pori, combinato con interazioni chimiche, può essere ulteriormente potenziato e può portare a separazioni ancora più efficaci. Questo è interessante per le applicazioni industriali.