La produzione di etilene è uno dei processi chimici più importanti utilizzati oggi, con circa 300 milioni di tonnellate di questa minuscola sostanza chimica prodotta ogni anno. Il gas etilene viene utilizzato per creare oggetti di uso quotidiano come borse della spesa e imballaggi in pellicola di plastica.
Tuttavia, la produzione di etilene consuma enormi quantità di energia; secondo alcune stime, i metodi utilizzati per purificare gas come l'etilene sono responsabili di circa lo 0,8% delle emissioni totali di carbonio del mondo. L'etilene deve essere separato dai sottoprodotti indesiderati tramite steam cracking, un processo che scompone gli idrocarburi mediante la raffinazione del petrolio o del gas naturale.
Un team di chimici dell'UTA guidato da Rasika Dias, professoressa e cattedra di chimica e biochimica presso l'Università del Texas ad Arlington, ha trovato un metodo che potrebbe rendere questi processi più sostenibili.
Nelle loro recenti scoperte, pubblicate sulla rivista Chemical Science , Dias riferisce di un tipo di materiale contenente argento in grado di assorbire l'etilene allo stato solido, subendo notevoli cambiamenti nella sua struttura. Tali molecole che cambiano forma potrebbero portare a modi sostenibili per catturare, purificare e rilasciare l'etilene gassoso.
"Io e il mio team abbiamo lavorato duramente per cercare di trovare modi più sostenibili per separare, purificare e intrappolare l'etilene, poiché la sostanza chimica è così importante dal punto di vista commerciale per la nostra economia, dall'industria petrolchimica all'agricoltura", ha affermato Dias.
Il gruppo di ricerca comprendeva lo studente laureato dell'UTA Devaborniny Parasar e lo scienziato Mukundam Vanga e colleghi dell'Argonne National Laboratory di Argonne, Illinois; Stony Brook University di Stony Brook, New York; Università San Sabastian di Santiago del Cile; e l'Università Nazionale Taras Shevchenko di Kiev, Ucraina.
"L'entità e la velocità dei cambiamenti strutturali che l'etilene gassoso spinge sui solidi contenenti ioni argento sono piuttosto incredibili e non sono stati esplorati in dettagli così intricati", ha detto Dias. "È anche difficile stabilizzare le molecole con l'etilene sull'argento poiché creano legami deboli tra loro. Questo lavoro fa luce anche sulla nostra tecnologia di purificazione dell'etilene a base di rame."
In questa ricerca, il team ha utilizzato tecniche innovative di diffrazione di raggi X a cristallo singolo e di raggi X su polvere per ottenere una chiara comprensione del processo "dal vivo" in forma molecolare, inclusa la visione delle forme delle molecole con e senza etilene. I risultati dell'esperimento sono stati poi studiati utilizzando tecniche computazionali dettagliate, che hanno portato alla conclusione che l'argento e l'etilene potrebbero essere stabilizzati con successo in varie forme.
"La nostra ricerca è entusiasmante perché mostra per la prima volta la chimica viva guidata dall'etilene in materiali solidi e cristallini", ha affermato Dias. "Sebbene il nostro lavoro sia preliminare, ha enormi implicazioni su come possiamo lavorare per rendere le materie prime per la creazione di plastica più rispettose dell'ambiente."
Ulteriori informazioni: H. V. Rasika Dias et al, Studi in situ sulle reazioni reversibili solido-gas di pirazolati d'argento sensibili all'etilene, Scienza chimica (2023). DOI:10.1039/D3SC04182D
Informazioni sul giornale: Scienze chimiche
Fornito dall'Università del Texas ad Arlington
