Remoção seletiva de gases prejudiciais, por exemplo, sulfeto de hidrogênio (H₂ S) e dióxido de carbono (CO₂ ) de gás natural (CH₄ ) pode se tornar mais simples e altamente eficaz usando uma nova classe de membrana de estrutura metal-orgânica de matriz mista orientada (MMMOF) desenvolvida na KAUST que pode permitir um melhor uso desse combustível fóssil mais limpo.
As vantagens da tecnologia de membrana sobre a separação tradicional (por exemplo, destilação criogênica e separação por adsorção) são que ela é energeticamente eficiente e mais simples de operar. Membranas de matriz mista (MMMs) formadas por adsorventes seletivos incorporados em uma matriz polimérica contínua representam uma combinação atraente de adsorventes e fácil processamento de polímeros.

"Nossa conquista, alinhamento no plano de nanofolhas MOF dentro da matriz polimérica e tradução bem-sucedida de propriedades de separação distintas do adsorvente em uma matriz processável é revolucionária", diz Shuvo Datta.

MOFs são materiais orgânicos-inorgânicos híbridos que contêm íons metálicos ou aglomerados mantidos no lugar por moléculas orgânicas conhecidas como ligantes. A variação dessas partes permite que os pesquisadores criem uma poro-abertura adequada que permite a sorção seletiva e/ou difusão de um gás sobre outro com base em seu tamanho.

"Esses materiais cristalinos são difíceis de processar em uma membrana contínua orientada livre de defeitos, mas desenvolvemos um método de fundição de solução simples para processá-los", diz Mohamed Eddaoudi.

MMMs convencionais geralmente sofrem incompatibilidade de interface nanopartícula-polímero, e canais ou poros de adsorventes são orientados aleatoriamente, o que dificulta a separação do gás. Para evitar essas limitações, as membranas MMMOF foram concebidas e construídas com base em três critérios interligados:(i) um MOF fluorado (KAUST-8), como um adsorvente de peneira molecular que aumenta seletivamente H₂ S e CO₂ difusão excluindo CH₄; (ii) adaptar a morfologia do cristal MOF em nanofolhas com canal 1D exposto ao máximo e promover uma interação nanofolha-polímero; e (iii) alinhamento no plano de nanofolhas na matriz polimérica e obtenção da membrana MMMOF uniformemente orientada.

A membrana MMMOF demonstrou H₂ muito melhor S e CO₂ separação do gás natural sob condições práticas de trabalho (por exemplo, alta pressão, alta temperatura, tempo prolongado de 30 dias, etc.) em comparação com MMMs convencionais.

"Na verdade, esta membrana orientada flexível em escala de centímetros pode ser considerada como uma única peça de um cristal flexível em que milhares de nanofolhas MOF são uniformemente alinhadas em uma direção cristalográfica predefinida e as lacunas entre nanofolhas alinhadas são preenchidas com polímero. desse tipo", diz Shuvo Datta.

“Não tenho dúvidas de que esta descoberta inspirará cientistas da academia e da indústria a explorar várias membranas práticas para lidar com inúmeras separações industriais de uso intensivo de energia”, diz Mohamed Eddaoudi.

O estudo foi publicado na Science , e a equipe agora quer ampliar seu procedimento para demonstrar seu potencial comercial. Eles também procurarão aplicá-lo a outros processos importantes de separação de gases industriais. + Explorar mais

Cientistas lançam mão da nova tecnologia de separação