Dr. Qingsheng Wang, professor associado e George Armistead '23 Faculty Fellow no Artie McFerrin Department of Chemical Engineering da Texas A&M University, e sua equipe de pesquisadores passaram mais de três anos encontrando maneiras mais eficientes de fabricar estrutura metal-orgânica (MOF) à base de compósitos para aplicações industriais, como retardadores de chama.
Os MOFs são uma classe de materiais cristalinos com porosidade permanente e amplas aplicações, incluindo purificação de gases, separação de gases, remediação de água, catálise e liberação de drogas. No entanto, a melhoria do processo é necessária para produzir MOFs com maior capacidade na indústria à medida que o uso e as aplicações de compósitos baseados em MOF se expandem.

"Produzir MOFs requer uma compreensão profunda da engenharia de processo e condições rigorosas e, mesmo com isso, apenas uma pequena quantidade pode ser produzida por vez", disse Wang. "Muitas alterações são necessárias para melhorar o processo se quisermos produzir MOFs em massa."

O grupo de Wang publicou quatro estudos em ACS Publications em relação às suas descobertas sobre estabilidade de MOF, processos de desenvolvimento de MOF, fabricação de compósitos baseados em MOF e suas aplicações em retardamento de chama.

Atualmente, a maioria dos compósitos de polímeros MOF são preparados por um princípio discretamente ascendente que requer reações químicas complexas misturadas com diferentes polímeros em soluções. Este processo de várias etapas envolve tempo, energia e dinheiro significativos para produzir quantidades mínimas.

Ao combinar partes do processo de desenvolvimento do MOF, a equipe de Wang descobriu um método de uma etapa usando extrusão de reação para produzir compósitos baseados em MOF em maior escala com segurança e eficácia. Juntamente com a condição de aquecimento, forças de cisalhamento e compressão aplicadas, os MOFs podem atender às condições de reação necessárias para a síntese mecanoquímica.

Além disso, as descobertas fornecem novos insights sobre a criação de sistemas de polímeros baseados em MOF para poliolefinas, reduzindo suas emissões de fumaça e aumentando o retardo de chama durante a combustão. O método também melhorou a segurança e a eficiência, aumentando a estabilidade térmica e as propriedades mecânicas do MOF, diminuindo sua inflamabilidade.

Este trabalho foi publicado recentemente em ACS Sustainable Chemistry &Engineering .

"Se usarmos a fabricação de extrusão reativa, podemos usar o material inicial combinado com um polímero para produzir MOFs e misturá-lo diretamente com plásticos, negligenciando várias etapas de reação em métodos hidrotérmicos convencionais", disse Wang. "Usando esse processo, a cada dia podemos chegar em escala de quilogramas em comparação com o método tradicional, que geralmente pode produzir apenas em escala de gramas."

Eles esperam ver esse método usado na indústria para progredir nos esforços de sustentabilidade, melhoria de processos e segurança de processos.

Em seu estudo publicado em Industrial &Engineering Chemistry Research , Wang mostrou o uso de MOF como retardante de chama. Um MOF comercialmente disponível foi incorporado em um sistema composto intumescente retardante de chama/polipropileno (IFR/PP). Os resultados mostram que os aditivos apresentam um forte efeito sinérgico entre eles para melhoria da formação e estabilidade da camada de carvão intumescente para evitar a queima intensiva de PP.

Essas descobertas podem melhorar os sistemas IFR para poliolefinas, reduzindo suas emissões de fumaça durante a combustão. Considerando que todas as matérias-primas estão comercialmente disponíveis, e o método de preparação é compatível com os processos industriais atuais, a metodologia apresentada neste estudo pode ser expandida para aplicações industriais.

"Podemos usar MOFs de muitas maneiras - desde o tratamento da água até a captura de carbono", disse Wang. "Gostaria de continuar melhorando este processo para que a indústria possa usar MOFs em maior escala em várias aplicações úteis." + Explorar mais

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