Una estrategia para fabricar metal

Característica del 8 de septiembre de 2021

por Ingrid Fadelli, Tech Xplore

La separación de mezclas de hidrocarburos livianos se encuentra entre los procesos petroquímicos e industriales más importantes. Actualmente, este proceso se considera de gran consumo energético, ya que hasta ahora se ha llevado a cabo mediante técnicas convencionales, como la destilación criogénica.

Una forma alternativa de separar hidrocarburos ligeros podría ser utilizar procesos de separación basados ​​en membranas. A diferencia de la destilación criogénica y otros procesos tradicionales, la separación basada en membranas no está impulsada por el calor, por lo que podría ayudar a reducir los requisitos energéticos generales de la separación de hidrocarburos ligeros. En los últimos años, los científicos de todo el mundo han estado tratando de desarrollar e identificar nuevos materiales que podrían usarse para fabricar membranas para llevar a cabo separaciones tan intensivas en energía.

Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah (KAUST) han introducido recientemente una estrategia versátil de ensamblaje electroquímico dirigido para fabricar membranas para la separación de hidrocarburos. Esta estrategia, presentada en un artículo publicado en Nature Energy, les permitió fabricar estructuras metalorgánicas como películas delgadas continuas y desplegarlas como membranas que podrían reducir la entrada de energía en los procesos de separación de hidrocarburos en casi un 90 % en comparación con los procesos de destilación simple convencionales.

"Nuestras exploraciones previas sobre el diseño, descubrimiento y desarrollo de estructuras metalorgánicas (MOF, por sus siglas en inglés) han revelado una nueva plataforma basada en las MOF cúbicas centradas en la cara (fcu), que resultó ser modificable para un ajuste ultrafino de sus poros. -aberturas, posicionando los fcu-MOF como adsorbentes adecuados para varias separaciones clave", dijo a TechXplore Mohamed Eddaoudi, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio. "El objetivo principal de nuestro estudio era llevarlos al siguiente nivel y procesar estos materiales adsorbentes seleccionados en membranas prácticas que ofrecen una alta permeabilidad a altas presiones industrialmente relevantes y en condiciones agresivas. Además, pueden ser fáciles de fabricar en un moda escalable y robusta".

La fabricación de membranas MOF policristalinas sin defectos es un gran desafío, ya que requiere un proceso de crecimiento altamente controlable. Para fabricar sus membranas, Eddaoudi y sus colegas utilizaron un enfoque electroquímico que funciona mediante la aplicación de una corriente externa controlada para promover la cristalización y el intercrecimiento de una película delgada policristalina de fcu-MOF sobre un soporte poroso.

"En comparación con el crecimiento solvotérmico convencional, este enfoque electroquímico es altamente controlable, por lo que se pueden obtener películas delgadas de alta calidad", explicó Sheng Zhou (estudiante de doctorado y primer autor). "Además, las condiciones de fabricación son mucho más suaves y rápidas que con otros métodos, ya que solo requieren temperatura ambiente, presión atmosférica y un tiempo de crecimiento corto (dos horas). Como resultado, esta estrategia es más práctica y fácil de ampliar".

Al combinar con éxito la química reticular con un enfoque sintético electroquímico, Eddaoudi y sus colegas pudieron fabricar membranas fcu-MOF continuas y sin defectos con propiedades de tamizado molecular intrínsecas y estables. Estas propiedades hacen que las membranas que crearon sean particularmente prometedoras para la separación de hidrocarburos ligeros.

Además, los investigadores fueron los primeros en desarrollar una metodología que puede usarse para determinar las condiciones adecuadas para fabricar membranas de película delgada cerradas basadas en una serie de MOF con varios tipos de enlazadores. En el futuro, las membranas creadas con la estrategia que desarrollaron podrían mejorar significativamente los procesos de separación de hidrocarburos.

"La implementación de nuestras membranas Zr-fum-fcu-MOF en un sistema híbrido de destilación de membrana ofrece el potencial de reducir el consumo de energía en casi un 90 % en comparación con un proceso de destilación simple convencional para la separación de propileno/propano", Dr. Osama Shekhah (científico investigador senior) dijo. "Actualmente estamos tratando de expandir nuestro diseño y fabricación de membranas a otros sistemas, para abordar separaciones más desafiantes pero importantes. Al mismo tiempo, estamos trabajando en varios caminos para ampliar la fabricación de nuestras membranas, incluida la preparación a gran escala membranas de fibra hueca". dijo Eddaoudi.

Más información: Sheng Zhou et al, Síntesis electroquímica de membranas continuas de estructuras orgánicas metálicas para la separación de hidrocarburos, Nature Energy (2021). DOI: 10.1038/s41560-021-00881-y

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