O monóxido de carbono é um veneno insidioso porque ama o ferro em nosso sangue; ele empurra o oxigênio para fora da hemoglobina à base de ferro, levando à asfixia dolorosa.

Essa afinidade com o ferro é útil em um material recém-criado que pode absorver o monóxido de carbono muito melhor do que outros materiais, com aplicações potenciais em processos industriais, como produção de gás de síntese, onde CO é um jogador chave, e reações em que o CO é um contaminante indesejado.

O novo material é uma estrutura metal-orgânica - um material incrivelmente poroso com uma lista crescente de aplicações - que incorpora cadeias de átomos de ferro ajustados para atrair CO e excluir outros compostos químicos. Quando CO se liga a um átomo de ferro no MOF, ele muda o ambiente dos átomos de ferro vizinhos para torná-los ainda mais atraentes para o CO, criando uma reação em cadeia.

"Vemos esse efeito de adsorção cooperativa onde a ligação em um local ativa os locais vizinhos, o que significa que, de repente, você passa de muito pouca adsorção para essencialmente saturar o material com CO, "disse o pesquisador sênior Jeffrey Long, um professor de química da UC Berkeley e cientista do Lawrence Berkeley National Laboratory.

A ligação de CO inverte o estado de spin do ferro, daí a terminologia de Long para o material:MOFs de transição de spin.

Dois anos atrás, Long acidentalmente tropeçou no primeiro deste tipo de adsorvente cooperativo ao criar um MOF que adsorve dióxido de carbono muito melhor do que outros materiais.

"O material de captura de dióxido de carbono com o qual tivemos sorte em 2015 foi o primeiro de seu tipo para absorção cooperativa, "ele disse." Agora mostramos que os adsorventes MOF cooperativos podem ser construídos por projeto para direcionar outras moléculas importantes industrialmente relevantes para a separação. É um novo mecanismo fundamental onde, ajustando os ligantes ligados ao ferro, você pode conseguir hidrocarbonetos insaturados como acetileno, etileno e propileno também se liguem. "

A pesquisa, publicado online em 11 de setembro antes da publicação no jornal Natureza , foi apoiado pelo Center for Gas Separations Relevant to Clean Energy Technologies, um Centro de Pesquisa de Fronteira de Energia operado em conjunto pela UC Berkeley e Berkeley Lab e financiado pelo Departamento de Energia dos EUA.

Recuperando em vez de queimar monóxido de carbono

CO é usado em uma variedade de processos industriais, incluindo como um componente do gás de síntese - uma mistura de CO e hidrogênio usada para fazer combustível sintético ou para sintetizar outros produtos químicos. Esses MOFs podem servir como reservatórios de CO para manter a proporção correta de CO para hidrogênio para uma determinada reação.

Na forma pura, O CO também é essencial na produção de ferro e aço. Long prevê que o novo MOF poderia ser usado para extrair CO dos subprodutos de gases mistos dessa manufatura para fornecer CO reciclado para reutilização. Na maioria dos casos hoje, esses gases mistos são queimados, Long disse, responsável por grande parte dos gases de efeito estufa produzidos pela indústria siderúrgica.

Esses MOFs também podem ajudar a sugar o CO em reações em que o CO envenena o catalisador, como na produção de amônia para fertilizantes ou polímeros como polietileno e polipropileno, e em células de combustível de hidrogênio.

"Existem muitos lugares onde você deseja separar CO suficientemente na indústria, e esses MOFs de transição de rotação podem ter uma função aí, "Long disse.

Na prática, os MOFs iriam adsorver CO em temperatura ambiente, em seguida, ser aquecido ligeiramente para afastar o CO, preparando o MOF para reutilização. Esses MOFs de transição de spin podem ser ajustados com precisão para que apenas um pequeno aumento na temperatura - de 20 C para 60 C, por exemplo, libera o CO, exigindo significativamente menos energia do que outras tecnologias de captura ou armazenamento, como a destilação criogênica.

Como um exemplo, eles compararam seu MOF de transição de rotação a um comercial, processo absorvente de líquido para recuperação de CO, que é denominado COSORB. Cálculos iniciais mostraram que o MOF requer apenas 32 por cento da energia para capturar e reutilizar CO como o processo COSORB.