Nas indústrias química e petroquímica, separar moléculas de maneira eficiente em termos de energia é um dos desafios mais importantes. Geral, os processos de separação respondem por cerca de 40% da energia consumida na indústria petroquímica, e reduzir isso pode ajudar a abordar as emissões antropogênicas de carbono.

Um dos produtos mais importantes da indústria petroquímica é o propeno, que é amplamente utilizado em fibras, espumas, plásticos, etc. A purificação do propileno quase sempre requer sua separação do propano. Atualmente, isso é feito por destilação criogênica, onde os dois gases são liquefeitos sendo resfriados a temperaturas abaixo de zero. Isso dá ao processo de separação propileno-propano uma pegada energética muito grande.

Uma solução é usar "estruturas metal-orgânicas" (MOFs). Estes são porosos, polímeros cristalinos feitos de nós de metal que são unidos por ligantes orgânicos. Os poros em sua estrutura molecular permitem que os MOFs capturem moléculas com tanta eficiência que agora são os principais candidatos na pesquisa de captura de carbono.

Em termos de separação de moléculas, As membranas baseadas em MOF estão entre as de melhor desempenho, e pode realizar a separação propileno-propano à temperatura ambiente. Um MOF denominado ZIF-8 (frameworks imidazólio zeolítico-8), permite que o propileno se difunda através de seus poros 125 vezes mais eficientemente do que o propano a 30oC, oferecendo alta seletividade sem a necessidade de temperaturas abaixo de zero.

"O principal desafio dessa abordagem é sintetizar de alta qualidade, ultra fino, Filmes MOF em substratos porosos comerciais sem modificações complicadas de substrato, "diz o professor Kumar Varoon Agrawal da EPFL." Esses filmes de alta qualidade têm menos defeitos e são necessários para obter a maior seletividade de separação possível. "Seu laboratório na EPFL Sion desenvolveu agora uma abordagem de cristalização MOF direta chamada" montagem de núcleos eletroforéticos para cristalização de filmes finos altamente integrados "(ENACT).

O método ENACT permite a regulação simples da nucleação heterogênea em substratos porosos e não porosos não modificados (conforme obtido). Isso, por sua vez, facilita a síntese de ultrafinos, filmes MOF policristalinos altamente integrados.

O laboratório usou o método ENACT para sintetizar membranas MOF de 500 nm de espessura. Quando eles os testaram, as membranas apresentaram um dos melhores desempenhos de separação de propileno / propano registrados até o momento. O filme ultrafino rendeu grande permeabilidade de propileno (fluxo normalizado com diferença de pressão), que ajudará a reduzir a área de membrana necessária para aplicações industriais.

O grupo conclui que o versátil, método ENACT simples pode ser estendido a uma ampla gama de cristais nanoporosos.