Separación eficiente C₂/CO₂ en estructuras metálico-orgánicas ultramicroporosas con una densidad de almacenamiento de...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Ingeniería Química
• Ciencia de la separación

Sus antecedentes:

• La separación física del acetileno (C2H2) del dióxido de carbono (CO2) es crucial pero difícil debido a sus propiedades físicas similares.
• Los métodos existentes a menudo se centran en sitios metálicos abiertos, con menos exploración de la manipulación reticular de componentes orgánicos en marcos metálico-orgánicos (MOF).

Objetivo del estudio:

• Desarrollar nuevos MOFs quirales ultramicroporosos para la captación eficiente de C2H2 y la separación de C2H2/CO2.
• Investigar el impacto de la síntesis reticular en el rendimiento del MOF para la separación de gases.

Principales métodos:

• Síntesis reticular de MOFs quirales isostruturales ultramicroporosos, MOF-NH2 y MOF-OH, mediante la incorporación de las funcionalidades amino e hidroxi.
• Mediciones de la adsorción de gases para determinar la absorción de C2H2 y la selectividad de C2H2/CO2 utilizando la teoría de la solución adsorbida ideal (IAST).
• Experimentos innovadores multicíclicos y cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) para validar la eficiencia de la separación y comprender los mecanismos de adsorción.

Principales resultados:

• El MOF-OH alcanzó una densidad de almacenamiento de C2H2 récord de 0,81 g mL-1 en condiciones ambientales.
• El MOF-OH demostró una selectividad IAST de 25 para C2H2/CO2, casi el doble que el MOF-NH2.
• Ambos MOF exhibieron entalpias de adsorción notablemente bajas para C2H2 (16,7-17,5 kJ mol-1), entre las más bajas para los sorbentes rígidos eficientes de C2H2.
• El MOF-OH mostró una excelente estabilidad hidrotermal (sobreviviendo al agua hirviendo durante 1 semana) y escalabilidad.

Conclusiones:

• La manipulación reticular de los componentes orgánicos en los MOF es una estrategia viable para mejorar la separación de C2H2/CO2.
• El MOF-OH presenta un material prometedor para la captura y separación de acetileno industrial debido a su alto rendimiento, estabilidad y escalabilidad.