Estruturas metal-orgânicas (MOFs) são materiais promissores para a separação de gases barata e menos intensiva em energia, mesmo na presença de impurezas como a água.

Análises experimentais do desempenho de estruturas metal-orgânicas (MOFs) para a separação de propano e propeno em condições do mundo real revelaram que a teoria mais comumente usada para prever a seletividade não produz estimativas precisas, e também que a água como impureza não tem um efeito prejudicial no desempenho do material.

Os hidrocarbonetos de cadeia curta são produzidos em misturas após o tratamento do petróleo bruto nas refinarias e precisam ser separados para serem úteis industrialmente. Por exemplo, o propano é usado como combustível e o propeno como matéria-prima para a síntese química, como a produção de polímeros. Contudo, o processo de separação geralmente requer altas temperaturas e pressões, e, adicionalmente, a remoção de outras impurezas, como água, torna o processo caro e consumidor de energia.

A estrutura do MOF estudado oferece uma longa vida adaptável, e mais importante alternativa de separação eficiente em condições ambientais. Eles se baseiam no fato de que moléculas insaturadas, como o propeno, podem ser complexadas com os átomos de metal expostos do material, enquanto os saturados, como o propano, não conseguem. Embora a pesquisa tenha se concentrado no desenvolvimento de diferentes estruturas metal-orgânicas para diferentes processos de separação, a viabilidade do uso desses materiais em aplicações em escala industrial é comumente avaliada apenas com base em uma teoria que faz muitas suposições idealizadoras sobre o material e a pureza dos gases. Assim, não ficou claro se essas previsões se sustentam em condições mais complicadas, mas também mais realistas.

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Hokkaido em torno do Professor Shin-ichiro Noro em colaboração com o grupo do Professor Roland A. Fischer na Universidade Técnica de Munique conduziu uma série de medições no desempenho de um MOF prototípico para determinar a seletividade do material no mundo real. para estruturas completamente secas e pré-expostas à água.

Seus resultados publicados recentemente em Materiais e interfaces aplicados ACS mostram que as seletividades previstas do material são muito altas em comparação com os resultados do mundo real. Também demonstrou que a água não diminui drasticamente a seletividade, embora reduza a capacidade do material de adsorver gás. A equipe então realizou cálculos químicos quânticos para entender o porquê e percebeu que as próprias moléculas de água oferecem novos locais de ligação para hidrocarbonetos insaturados, como propeno (mas não propano), mantendo assim a funcionalidade do material.

Os pesquisadores afirmam:"Nós mostramos o poder dos experimentos de adsorção de múltiplos componentes para analisar a viabilidade de usar um sistema MOF." Assim, eles desejam aumentar a conscientização sobre as deficiências das teorias comumente usadas e motivar outros grupos a também usar uma combinação de diferentes medições do mundo real.