Результаты, опубликованные в журнале Science, показывают, что материалы, называемые металлоорганическими каркасами (MOF), могут эффективно удалять загрязняющий ацетилен из этилена, материала, из которого сделана большая часть пластика в мире. Исследования показывают, что фильтрация ацетилена с использованием MOF приведет к получению этилена высокой чистоты, требуемой для промышленности, при одновременном устранении нынешней потребности в преобразовании ацетилена в этилен с помощью дорогостоящего каталитического процесса.Химическое название пластика, который вы видите каждый день — от бутылок с водой и продуктовых пакетов до бытовой техники — это полиэтилен, гибкий материал, полученный путем соединения длинных цепочек из более простой молекулы, называемой этилен.
Мировой спрос на пластик делает этилен наиболее широко производимым органическим соединением в мире: ежегодно его производится более 100 миллионов тонн, в основном за счет переработки сырой нефти.Недавно произведенный этилен недостаточно чист, чтобы стать пластичным, потому что в процессе очистки также образуется значительное количество ацетилена, который может разрушить катализаторы, которые позволяют молекулам этилена связываться друг с другом. Обычное промышленное решение состоит в том, чтобы преобразовать этот нежелательный ацетилен также в этилен, но этот этап требует использования палладия, дорогого и редкого металла, в качестве катализатора и требует значительного количества энергии.Исследовательская группа, в которую входят ученые из Центра нейтронных исследований NIST (NCNR) и пяти университетов со всего мира, обнаружила, что семейство MOF-материалов под названием SIFSIX, обнаруженное в 1990-х годах, может предоставить лучшую альтернативу для удаления ацетилена.
MOF — это пористые кристаллы, которые под микроскопом выглядят как строящееся здание — множество балок с пространством между ними. Группа SIFSIX получила свое название от некоторых из ее балок, которые образованы из кремния (Si) и шести атомов фтора (F6).Команда обнаружила, что, когда они пропускали этилен через MOF, фтор притягивал и улавливал большую часть ацетиленового загрязнителя, позволяя теперь очищенному этилену беспрепятственно проходить. Изменение размера пор путем изменения длины балок позволило MOF фильтровать этиленсодержащий ацетилен в концентрациях от 1 до 50 процентов, что типично для промышленности.
MOF SIFSIX устанавливают рекорды среди адсорбирующих материалов как по селективности (способность привлекать ацетилен только при пропускании этилена), так и по адсорбционной способности. По мнению исследовательской группы, результаты показывают, что группа SIFSIX предлагает жизнеспособную альтернативу стандартной производственной практике.
«Они снизили количество ацетилена в этилене до менее чем 2 частей на миллион (ppm), что ниже, чем 5 ppm, которые требуются для производства полиэтилена», — сказал специалист по материалам NIST Вэй Чжоу. «SIFSIX MOF просты в изготовлении, безопасны в использовании и могут использоваться снова и снова. У них также есть то преимущество, что они стабильны, что не относится ко всем MOF».