Una forma inversa de química huésped-huésped podría cambiar la forma en que la industria química se acerca a los desafíos, separaciones moleculares intensivas en energía.

Jaulas moleculares, en el que las moléculas invitadas se adhieren a las superficies exteriores de las jaulas en lugar de entrar en una cavidad interna, podría reducir el impacto ambiental de separar mezclas de productos químicos industriales, sugiere la investigación de KAUST.

Las separaciones moleculares realizadas a escala por la industria química representan colectivamente hasta el 15 por ciento del consumo mundial de energía. Una de las separaciones más intensivas en energía involucra derivados de benceno, llamados xilenos, que se producen como una mezcla de tres formas isoméricas que deben separarse para sus diversos usos industriales. El isómero más valioso, para-xileno, es un ingrediente clave en la fabricación de polímeros de poliéster y tereftalato de polietileno (PET).

"Convencionalmente, estos isómeros se separan mediante métodos que demandan energía, como cristalización fraccionada, "dice Basem Moosa, un científico investigador en el laboratorio de Niveen Khashab. "Las técnicas alternativas que requieren menos calor reducirían la huella de carbono y la contaminación general de la separación de xileno, " él añade.

Khashab y su equipo han estado investigando la posibilidad de separar isómeros de xileno utilizando materiales similares a jaulas. que absorben selectivamente un isómero de xileno en la mezcla, como una técnica de separación alternativa energéticamente eficiente. La investigación anterior se ha centrado en materiales inorgánicos porosos llamados zeolitas, pero los desafíos del procesamiento y la selectividad limitada de las zeolitas han restringido un poco su adopción por la industria.

En su último trabajo, Los investigadores de KAUST se volvieron estables, Materiales de jaula orgánicos fáciles de fabricar que incorporaron grupos azo basados ​​en nitrógeno en su estructura. Los materiales capturaron el isómero para-xileno con alta selectividad. "En comparación con otros materiales orgánicos, mostró uno de los adsorbentes más altos para separaciones de xileno, "dice Aliyah Fakim, un doctorado estudiante en el equipo de Khashab. Sorprendentemente, sin embargo, la adsorción de para-xileno no implicó que el isómero entrara en la azo-jaula. En lugar de, el isómero pegado al exterior de la jaula, formando cristales en los que cada molécula de para-xileno estaba rodeada por cuatro moléculas de jaula.

El equipo planea refinar el rendimiento de las jaulas orgánicas no porosas bajando la temperatura de activación y reduciendo el tiempo que lleva absorber y luego liberar el paraxileno una vez extraído de la mezcla.

Sin embargo, el concepto de separación utilizando jaulas orgánicas no porosas podría adoptarse para muchas separaciones químicas a escala industrial, reducir la demanda de energía de estos importantes procesos industriales, Notas de Khashab. "Creemos que estas estructuras serán una próxima generación, tecnología disruptiva para muchas separaciones químicas que consumen mucha energía, ", dice." Las jaulas orgánicas son baratas de escalar en comparación con otros materiales orgánicos, y lo más interesante, se pueden ajustar fácilmente para separaciones selectivas, a diferencia de sus homólogos de zeolita inorgánica ".