Una strategia per fabbricare il metallo

Funzionalità dell'8 settembre 2021

di Ingrid Fadelli, Tech Xplore

La separazione di miscele leggere di idrocarburi è tra i più importanti processi petrolchimici e industriali. Questo processo è attualmente considerato ad alta intensità energetica, poiché finora è stato effettuato utilizzando tecniche convenzionali, come la distillazione criogenica.

Un modo alternativo per separare gli idrocarburi leggeri potrebbe essere quello di utilizzare processi di separazione basati su membrane. A differenza della distillazione criogenica e di altri processi tradizionali, la separazione a membrana non è guidata dal calore, quindi potrebbe contribuire a ridurre il fabbisogno energetico complessivo della separazione degli idrocarburi leggeri. Negli ultimi anni, gli scienziati di tutto il mondo hanno quindi cercato di sviluppare e identificare nuovi materiali che potrebbero essere utilizzati per fabbricare membrane per effettuare tali separazioni ad alta intensità energetica.

I ricercatori della King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) hanno recentemente introdotto una versatile strategia di assemblaggio elettrochimico diretto per fabbricare membrane per la separazione degli idrocarburi. Questa strategia, introdotta in un articolo pubblicato su Nature Energy, ha permesso loro di fabbricare strutture metallo-organiche come film sottili continui e di utilizzarle come membrane che potrebbero ridurre l’energia immessa nei processi di separazione degli idrocarburi di quasi il 90% rispetto ai convenzionali processi di distillazione singola.

"Le nostre precedenti esplorazioni sulla progettazione, scoperta e sviluppo di strutture metallo-organiche (MOF) hanno svelato una nuova piattaforma basata sui MOF cubici a sbalzo frontale (fcu), che si sono rivelati modificabili grazie alla messa a punto ultra fine dei loro pori -aperture, posizionando gli fcu-MOF come assorbenti adatti per varie separazioni chiave", ha detto a TechXplore Mohamed Eddaoudi, uno dei ricercatori che hanno condotto lo studio. "L'obiettivo principale del nostro studio era portarli al livello successivo e trasformare questi materiali adsorbenti selezionati in membrane pratiche che offrono un'elevata permselettività a pressioni elevate rilevanti a livello industriale e in condizioni aggressive. In aggiunta a ciò, possono essere facili da produrre in un moda scalabile e robusta."

La fabbricazione di membrane MOF policristalline prive di difetti è molto impegnativa, poiché richiede un processo di crescita altamente controllabile. Per fabbricare le loro membrane, Eddaoudi e i suoi colleghi hanno utilizzato un approccio elettrochimico che funziona applicando una corrente esterna controllata per promuovere la cristallizzazione e la crescita reciproca del film sottile policristallino fcu-MOF su un supporto poroso.

"Rispetto alla crescita solvotermica convenzionale, questo approccio elettrochimico è altamente controllabile, quindi è possibile ottenere film sottili di alta qualità", ha spiegato Sheng Zhou (studente di dottorato e primo autore). "Inoltre, le condizioni di fabbricazione sono molto più blande e veloci rispetto all'utilizzo di altri metodi, richiedendo solo la temperatura ambiente, la pressione atmosferica e un breve tempo di crescita (due ore). Di conseguenza, questa strategia è più pratica e facile da espandere."

Combinando con successo la chimica reticolare con un approccio sintetico elettrochimico, Eddaoudi e i suoi colleghi sono stati in grado di fabbricare membrane fcu-MOF continue e prive di difetti con proprietà di setacciatura molecolare stabili e intrinseche. Queste proprietà rendono le membrane da loro create particolarmente promettenti per la separazione di idrocarburi leggeri.

Inoltre, i ricercatori sono stati i primi a sviluppare una metodologia che può essere utilizzata per determinare le giuste condizioni per fabbricare membrane chiuse a film sottile basate su una serie di MOF con vari tipi di linker. In futuro, le membrane create utilizzando la strategia da loro sviluppata potrebbero migliorare significativamente i processi di separazione degli idrocarburi.