Comparación del comportamiento de los marcos metálico-orgánicos y las zeolitas para las separaciones de hidrocarburos

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Ciencia de la adsorción Ciencia de la adsorción.
• Ciencia de la Separación Ciencia de la Separación

Sus antecedentes:

• La separación de hidrocarburos es crucial en la industria química.
• Las estructuras metal-orgánicas (MOF) ofrecen propiedades sintonizables para la adsorción y la separación.
• Comparar los MOF con las zeolitas tradicionales es esencial para comprender su potencial.

Objetivo del estudio:

• Investigar la adsorción y separación de las principales familias de hidrocarburos (alcanes, alquenos, aromáticos) utilizando varios MOF.
• Para comparar el rendimiento de diferentes estructuras de MOF frente a las zeolitas.
• Para aclarar las relaciones estructura-propiedad que rigen la adsorción de hidrocarburos en MOFs.

Principales métodos:

• Los experimentos de avance binario se llevaron a cabo utilizando cuatro moléculas de sonda: o- / p-xileno (aromáticos), 1-octeno (alqueno) y n-octano (alcano).
• Los experimentos utilizaron diversos MOF: MOFs de sitio metálico insaturado coordinado (CUS) (Cu-btc, CPO-27-Ni), un MOF aniónico (RHO-ZMOF) y marcos de imidazolato zeolítico (ZIFs) (ZIF-8, ZIF-76).
• Las zeolitas NaY (polar) y β (apolar) sirvieron como adsorbentes de referencia. Se empleó la Teoría Funcional de Densidad con cálculos de dispersión (DFT+D).

Principales resultados:

• Los marcos de imidazolato zeolítico (ZIF) demostraron un comportamiento apolar y capacidades significativas de tamizado molecular.
• El sitio coordinadamente insaturado (CUS) -MOFs exhibió características polares y una preferencia por adsorber alquenos sobre aromáticos.
• Los MOF con cationes extra-marco funcionaron de manera similar a las zeolitas polares y catiónicas.

Conclusiones:

• Los ZIF presentan nuevos adsorbentes apolares con propiedades de tamizado molecular sintonizables para las separaciones de hidrocarburos.
• Los CUS-MOF son prometedores para la adsorción selectiva de alquenos, un comportamiento explicado por los cálculos de DFT+D.
• El estudio destaca los diversos comportamientos de adsorción de los MOF, ofreciendo información valiosa para el diseño de materiales avanzados de separación.