Membrana MOF ultrafina sobre soporte de polímero comercial. Crédito:K.V. Agrawal / EPFL
En las industrias química y petroquímica, separar moléculas de forma energéticamente eficiente es uno de los retos más importantes. En general, los procesos de separación representan alrededor del 40% de la energía consumida en la industria petroquímica, y reducir esto puede ayudar a abordar las emisiones de carbono antropogénicas.
Uno de los productos más importantes de la industria petroquímica es el propileno, que es ampliamente utilizado en fibras, espumas plásticos, etc. La purificación del propileno casi siempre requiere separarlo del propano. Actualmente esto se realiza mediante destilación criogénica, donde los dos gases se licuan al enfriarse a temperaturas bajo cero. Esto le da al proceso de separación de propileno-propano una huella energética muy grande.
Una solución es utilizar "marcos metalorgánicos" (MOF). Estos son porosos, polímeros cristalinos hechos de nodos metálicos que están unidos por ligandos orgánicos. Los poros de su estructura molecular permiten que los MOF capturen moléculas de manera tan eficiente que ahora son los principales candidatos en la investigación de captura de carbono.
En términos de separación de moléculas, Las membranas basadas en MOF se encuentran entre las de mayor rendimiento, y puede realizar la separación de propileno-propano a temperatura ambiente. Un MOF llamado ZIF-8 (marcos zeolíticos de imidazolio-8), permite que el propileno se difunda a través de sus poros 125 veces más eficientemente que el propano a 30oC, ofreciendo una alta selectividad sin necesidad de temperaturas bajo cero.
Ensamblaje de núcleos electroforéticos para una membrana de separación energéticamente eficiente. Crédito:K.V. Agrawal / EPFL
"El principal desafío de este enfoque es sintetizar ultradelgado Películas MOF sobre sustratos porosos comerciales sin modificaciones complicadas del sustrato, ", dice el profesor Kumar Varoon Agrawal en EPFL." Estas películas de alta calidad tienen menos defectos y son necesarias para obtener la mayor selectividad de separación posible ". Su laboratorio en EPFL Sion ha desarrollado ahora un enfoque sencillo de cristalización MOF llamado" ensamblaje de núcleos electroforéticos para cristalización de películas delgadas altamente intercrecidas "(ENACT).
El método ENACT permite una regulación simple de la nucleación heterogénea sobre sustratos porosos y no porosos no modificados (como se obtienen). Esto a su vez facilita la síntesis de ultrafinos, Películas de MOF policristalinas altamente intercrecidas.
El laboratorio utilizó el método ENACT para sintetizar membranas MOF de 500 nm de espesor. Cuando los probaron, las membranas produjeron uno de los mejores rendimientos de separación en la separación de propileno / propano registrados hasta la fecha. La película ultrafina produjo una gran permeabilidad de propileno (flujo normalizado con diferencia de presión), lo que ayudará a reducir el área de la membrana necesaria para aplicaciones industriales.
El grupo concluye que el versátil, El método ENACT sencillo se puede extender a una amplia gama de cristales nanoporosos.
