Etileno, uma matéria-prima chave na indústria química, frequentemente inclui traços de contaminantes de acetileno, que precisam ser removidos. No jornal Angewandte Chemie , os pesquisadores descrevem uma estrutura metal-orgânica porosa robusta e regenerável que captura acetileno com eficiência extraordinária e seletiva. Sua combinação sinérgica de tamanhos de poros feitos sob medida e locais de encaixe químico torna o material especialmente eficiente, o estudo diz.

O etileno é o precursor químico mais importante do etanol e do polietileno e é produzido principalmente por steam cracking. Embora a fração de etileno seja geralmente muito pura (mais de 99%), vestígios remanescentes de contaminantes de acetileno podem destruir os catalisadores usados ​​nos processos posteriores.

Como o etileno e o acetileno são muito semelhantes e diferem apenas na quantidade de átomos de hidrogênio, o etileno tem quatro átomos de hidrogênio ligados a dois átomos de carbono, o acetileno tem dois - a separação dos dois gases é elaborada e difícil. Os processos industriais atuais dependem de destilação, que consome uma grande quantidade de energia.

Contudo, compostos de hidrocarbonetos ligam-se a substâncias porosas chamadas estruturas metal-orgânicas (MOFs). Os MOFs são feitos de íons metálicos e ligantes orgânicos e contêm poros e locais de encaixe químico que podem ser projetados para capturar moléculas específicas de um fluxo de gás em condições ambientais. Contudo, para a separação de etileno e acetileno, a indústria exige robustez, regenerável, altamente seletivo, e materiais baratos, que não foram encontrados até agora.

Dan Zhao e seus colegas da Universidade Nacional de Cingapura desenvolveram agora um MOF específico para captura de acetileno que pode atender às demandas de extraordinária seletividade e robustez. Os cientistas se concentraram em um MOF estabelecido com locais de níquel, mas eles "abriram" esses sítios de níquel para a ligação de mais moléculas, ativando-as e expondo-as aos poros de modo que fossem capazes de ligar duas moléculas convidadas ao mesmo tempo.

Além disso, os cientistas ajustaram os tamanhos dos poros do MOF para permitir a entrada apenas de moléculas de gás muito pequenas, e preencheu as paredes dos poros com grupos químicos que atrairiam o acetileno sobre o etileno por meio de suas interações eletrostáticas e químicas mais fortes.

Assim, combinando tamanhos de poros pequenos com os locais abertos de níquel e locais para ligação preferencial de acetileno, os cientistas criaram um Ni-MOF chamado Ni ₃ (pzdc) ₂ (7Hade) ₂ que é extraordinariamente seletivo, robusto, estábulo, e pode ser regenerado. De acordo com o estudo, o Ni-MOF purificou a corrente de etileno por um fator de mil e manteve a seletividade alta em uma gama de pressões e ciclos de regeneração. Além disso, o Ni-MOF pode ser preparado em um procedimento hidrotérmico padrão, os cientistas dizem.

Os autores apontam que a sinergia da geometria e do tamanho dos poros, combinado com interações químicas, pode ser ainda mais aprimorado e pode levar a separações ainda mais eficazes. Isso é interessante para aplicações industriais.