El monóxido de carbono es un veneno insidioso porque ama el hierro en nuestra sangre; expulsa el oxígeno de la hemoglobina a base de hierro, que lleva a una asfixia dolorosa.

Esta afinidad por el hierro es útil en un material recién creado que puede absorber el monóxido de carbono mucho mejor que otros materiales. con aplicaciones potenciales en procesos industriales como la producción de gas de síntesis, donde CO es un actor clave, y reacciones en las que el CO es un contaminante no deseado.

El nuevo material es una estructura organometálica, un material sorprendentemente poroso con una lista cada vez mayor de aplicaciones, que incorpora cadenas de átomos de hierro sintonizados para atraer CO y excluir otros compuestos químicos. Cuando el CO se une a un átomo de hierro en el MOF, cambia el entorno de los átomos de hierro vecinos para hacerlos aún más atractivos para el CO, creando una reacción en cadena.

"Vemos este efecto de adsorción cooperativa donde la unión en un sitio activa los sitios vecinos, lo que significa que de repente se pasa de muy poca adsorción a saturar esencialmente el material con CO, "dijo el investigador principal Jeffrey Long, profesor de química de UC Berkeley y científico de la facultad en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.

La unión de CO cambia el estado de giro del hierro, de ahí la terminología de Long para el material:MOF de transición de espín.

Hace dos años, Long tropezó accidentalmente con el primero de este tipo de adsorbente cooperativo cuando creó un MOF que adsorbía dióxido de carbono mucho mejor que otros materiales.

"El material de captura de dióxido de carbono con el que tuvimos suerte en 2015 fue el primero en su tipo para la absorción cooperativa, ", dijo." Ahora hemos demostrado que los adsorbentes MOF cooperativos se pueden construir por diseño para apuntar a otras moléculas clave industrialmente relevantes para la separación. Es un nuevo mecanismo fundamental donde, ajustando los ligandos unidos al hierro, es posible que pueda obtener hidrocarburos insaturados como el acetileno, etileno y propileno para unirse también ".

La investigación, publicado en línea el 11 de septiembre antes de su publicación en la revista Naturaleza , contó con el apoyo del Centro de Separaciones de Gas Relevantes para Tecnologías de Energía Limpia, un Energy Frontier Research Center operado conjuntamente por UC Berkeley y Berkeley Lab y financiado por el Departamento de Energía de EE. UU.

Recuperar en lugar de quemar monóxido de carbono

El CO se utiliza en una variedad de procesos industriales, incluso como componente del gas de síntesis:una mezcla de CO e hidrógeno que se utiliza para fabricar combustible sintético o para sintetizar otras sustancias químicas. Estos MOF pueden servir como depósitos de CO para mantener la proporción correcta de CO a hidrógeno para una reacción en particular.

En forma pura, El CO también es esencial en la producción de hierro y acero. Long predice que el nuevo MOF podría usarse para extraer CO de los subproductos de gases mezclados de dicha fabricación para proporcionar CO reciclado para su reutilización. En la mayoría de los casos de hoy, estos gases mezclados se queman, Long dijo, representa una gran parte de los gases de efecto invernadero producidos por la industria del acero.

Tales MOF también podrían ayudar a absorber CO en reacciones en las que el CO envenena el catalizador, como en la producción de amoníaco para fertilizantes o polímeros como polietileno y polipropileno, y en pilas de combustible de hidrógeno.

"Hay muchos lugares donde desea separar el CO suficientemente en la industria, y estos MOF de transición de giro potencialmente pueden tener un papel allí, "Dijo Long.

En la práctica, los MOF adsorberían CO a temperatura ambiente, luego se calienta ligeramente para eliminar el CO, preparando el MOF para su reutilización. Estos MOF de transición de giro se pueden ajustar con precisión para que solo un pequeño aumento de temperatura, de 20 C a 60 C, por ejemplo, libera el CO, requiriendo significativamente menos energía que otras tecnologías de captura o almacenamiento, como la destilación criogénica.

Como ejemplo, compararon su MOF de transición de espín con un comercial, proceso absorbente de líquidos para la recuperación de CO, que se llama COSORB. Los cálculos iniciales mostraron que el MOF requiere solo el 32 por ciento de la energía para capturar y reutilizar el CO como proceso COSORB.