Ingeniería de polarización programada en un marco cúbico Zr{IV} basado en cicleno para aumentar la separación Xe/Kr

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• La separación eficiente del xenón (Xe) y el criptón (Kr) es crucial para reducir el consumo de energía en procesos como la adsorción por oscilación al vacío (VSA).
• Las propiedades similares de Xe y Kr hacen que su separación selectiva sea difícil utilizando métodos convencionales.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un nuevo marco metálico-orgánico (MOF) capaz de la separación selectiva Xe/Kr.
• Demostrar una estrategia para la ingeniería programable de la polarizabilidad del marco en MOF para la separación de gases.

Principales métodos:

• Síntesis de una plataforma de MOF con base de circonio cúbico, NU-1107, con núcleos de cicleno tetradentado.
• Metalización posintética de NU-1107 con iones metálicos de transición, específicamente Ag{I}, para crear NU-1107-Ag{I}.
• Evaluación del rendimiento de separación Xe/Kr mediante mediciones de adsorción de gases y predicciones de la Teoría de la Solución Adsorbida Ideal (IAST).
• Validación mediante cálculos basados en la teoría de la función de densidad (DFT) y ensayos de separación de propileno y propano.

Principales resultados:

• NU-1107-Ag ((I) exhibió la mayor polarizabilidad de marco entre los MOF sintéticos acoplados a metales.
• Logró una alta selectividad predicha por IAST de 13,4 para una mezcla 20:80 v / v Xe / Kr a 298 K y 1,0 bar.
• Se ha demostrado un rendimiento superior de separación de Xe/Kr en comparación con los MOF basados en porfirina, atribuido a las especies de núcleo de cicleno y Ag{\displaystyle Ag{\text{I}} .
• Se ha aplicado con éxito la estrategia de regulación de la polarización del marco a la separación de C3H6/C3H8.

Conclusiones:

• La ingeniería posintética de la polarizabilidad del marco en Zr-MOF, específicamente NU-1107-Ag, permite una separación altamente selectiva de Xe/Kr.
• El núcleo de cicleno y las especies de Ag ((I) de baja valencia son clave para mejorar la polarizabilidad del marco y el rendimiento de separación.
• Esta estrategia generalizable proporciona una vía para el diseño de materiales porosos a medida para separaciones de gases específicas.