Los materiales innovadores llamados armazones organometálicos (MOF) podrían volverse mucho más versátiles después de una investigación que muestra que pueden manipularse como líquidos.

Los MOF son sólidos cristalinos altamente porosos con iones metálicos o grupos metálicos unidos por grupos enlazadores orgánicos (basados ​​en carbono). La variación de estas partes puede crear una gran variedad de sólidos con poros internos capaces de atrapar moléculas seleccionadas o catalizar reacciones químicas.

"Estos materiales cristalinos son difíciles de procesar, pero hemos desarrollado una forma de solubilizarlos, "dice Anastasiya Bavykina del equipo de investigación del Centro de Catálisis KAUST.

Los investigadores de KAUST produjeron membranas compuestas por MOF incrustado en un polímero, que dicen puede lograr un desempeño sobresaliente en la difícil separación de gas propileno del propano.

"Esto es revolucionario, ", dice Bavykina. El propileno es una materia prima clave para la industria química; se utiliza para fabricar el polímero polipropileno utilizado en muchos productos. También se puede convertir en otros polímeros y productos químicos industrialmente útiles, pero primero debe separarse del propano con el que generalmente viene mezclado.

"Si las tecnologías actuales de separación de propano-propileno que consumen mucha energía, basado en destilación, podría ser reemplazado por nuestra tecnología de membrana MOF, entonces esto podría ahorrar alrededor del 0.1 por ciento del consumo global de energía, ", señala el coautor Shuvo Datta.

Un desafío para el equipo fue hacer que un MOF cristalino se comporte como un líquido poroso. El equipo descubrió cómo modificar la superficie de nanopartículas MOF relativamente grandes con grupos químicos adecuados. Esta "funcionalización de la superficie" permitió que las nanopartículas formaran dispersiones estables en un disolvente líquido.

Otro desafío fue asegurar que los poros internos de los MOF permanezcan vacíos y capaces de absorber y permitir la penetración de las moléculas de gas deseadas. Los espacios porosos y las moléculas de disolvente deben controlarse cuidadosamente para evitar que el disolvente llene los huecos.

"Tampoco es fácil demostrar realmente que un líquido es poroso, "Agrega Bavykina. Los investigadores tuvieron que desarrollar una nueva configuración experimental para lograr esto.

Las dispersiones de MOF en fase líquida pueden separar mezclas de gases que se burbujean a través de ellas, pero el equipo logró una mayor flexibilidad al incorporar un MOF en sus membranas de polímero flexibles y robustas. Esto permitió que un sistema de flujo continuo funcionara hasta por 30 días, produciendo un 97 por ciento de propileno puro a partir de una mezcla de propano-propileno 50/50 que fue filtrada eficazmente por la membrana.

El equipo ahora quiere ampliar su procedimiento para demostrar su potencial comercial. También buscarán aplicarlo a otros importantes procesos industriales de separación de gases.

El estudio se publica en Materiales de la naturaleza .