Una forma inversa di chimica ospite-ospite potrebbe sconvolgere il modo in cui l'industria chimica si avvicina alle sfide, separazioni molecolari ad alta intensità energetica.

gabbie molecolari, in cui le molecole ospiti si aggrappano alle superfici esterne delle gabbie invece di entrare in una cavità interna, potrebbe ridurre l'impatto ambientale della separazione di miscele di prodotti chimici industriali, suggerisce la ricerca di KAUST.

Le separazioni molecolari eseguite su larga scala dall'industria chimica rappresentano complessivamente il 15% del consumo energetico globale. Una delle separazioni più energivore riguarda i derivati ​​del benzene, chiamati xileni, che sono prodotti come una miscela di tre forme isomeriche che devono essere separate per i loro vari usi industriali. L'isomero più prezioso, para-xilene, è un ingrediente chiave nella produzione di polimeri di poliestere e polietilene tereftalato (PET).

"Convenzionalmente, questi isomeri sono separati da metodi che richiedono energia, come la cristallizzazione frazionata, "dice Basem Moosa, un ricercatore nel laboratorio di Niveen Khashab. "Tecniche alternative che richiedono meno calore ridurrebbero l'impronta di carbonio e l'inquinamento complessivo della separazione dello xilene, " Aggiunge.

Khashab e il suo team hanno studiato la possibilità di separare gli isomeri di xilene usando materiali simili a gabbie, che assorbono selettivamente un isomero di xilene nella miscela, come tecnica di separazione alternativa efficiente dal punto di vista energetico. La ricerca precedente si è concentrata su materiali inorganici porosi chiamati zeoliti, ma le sfide di elaborazione e la limitata selettività delle zeoliti hanno in qualche modo limitato la loro adozione da parte dell'industria.

Nel loro ultimo lavoro, I ricercatori KAUST si sono rivolti a stabili, materiali organici di gabbie facilmente realizzabili che incorporano gruppi azoici a base di azoto nella loro struttura. I materiali hanno catturato l'isomero para-xilene con un alto selettivo. "Rispetto ad altri materiali organici, ha mostrato uno dei più alti adsorbenti per le separazioni di xilene, "dice Aliyah Fakim, un dottorato di ricerca studente nella squadra di Khashab. Sorprendentemente, però, l'adsorbimento del para-xilene non ha comportato l'ingresso dell'isomero nell'azo-gabbia. Anziché, l'isomero si è attaccato all'esterno della gabbia, formando cristalli in cui ogni molecola di para-xilene era circondata da quattro molecole di gabbia.

Il team prevede di affinare le prestazioni delle gabbie organiche non porose abbassando la temperatura di attivazione e riducendo il tempo necessario per assorbire e quindi rilasciare il para-xilene una volta estratto dalla miscela.

Però, il concetto di separazione mediante gabbie organiche non porose potrebbe essere adottato per molte separazioni chimiche su scala industriale, abbassare la domanda energetica di questi grandi processi industriali, Note di Khashab. "Crediamo che queste strutture saranno di nuova generazione, tecnologia dirompente per molte separazioni chimiche ad alta intensità energetica, " dice. "Le gabbie organiche sono economiche da scalare rispetto ad altri materiali organici, e, cosa più interessante, possono essere facilmente sintonizzati per separazioni selettive, a differenza delle loro controparti zeolitiche inorganiche."