Éthylène, une matière première clé dans l'industrie chimique, comprend souvent des traces de contaminants acétyléniques, qui doivent être supprimés. Dans la revue Angewandte Chemie , les chercheurs décrivent une structure métalo-organique poreuse robuste et régénérable qui capture l'acétylène avec une efficacité extraordinaire et de manière sélective. Sa combinaison synergique de tailles de pores sur mesure et de sites d'amarrage chimiques rend le matériau particulièrement efficace, dit l'étude.

L'éthylène est le précurseur chimique le plus important de l'éthanol et du polyéthylène et est principalement produit par vapocraquage. Bien que la fraction éthylène soit généralement très pure (plus de 99 %), les traces restantes de contaminants acétyléniques peuvent détruire les catalyseurs utilisés dans les procédés en aval.

Comme l'éthylène et l'acétylène sont très similaires et ne diffèrent que par la quantité d'atomes d'hydrogène, l'éthylène a quatre atomes d'hydrogène liés à deux atomes de carbone, l'acétylène en a deux :la séparation des deux gaz est complexe et difficile. Les procédés industriels actuels reposent sur la distillation, qui consomme énormément d'énergie.

Cependant, les composés d'hydrocarbures se lient à des substances poreuses appelées charpentes métal-organiques (MOF). Les MOF sont constitués d'ions métalliques et de ligands organiques et contiennent des pores et des sites d'amarrage chimiques qui peuvent être conçus pour capturer des molécules spécifiques d'un flux de gaz dans des conditions ambiantes. Cependant, pour la séparation de l'éthylène et de l'acétylène, l'industrie exige robuste, régénérable, très sélectifs, et des matériaux bon marché, qui n'ont pas été trouvés jusqu'à présent.

Dan Zhao et ses collègues de l'Université nationale de Singapour ont maintenant développé un MOF spécifique pour la capture d'acétylène qui peut répondre aux exigences d'une sélectivité et d'une robustesse extraordinaires. Les scientifiques se sont concentrés sur un MOF établi avec des sites de nickel, mais ils ont "ouvert" ces sites de nickel pour la liaison de plus de molécules en les activant et en les exposant aux pores afin qu'ils puissent se lier à deux molécules invitées à la fois.

En outre, les scientifiques ont ajusté la taille des pores du MOF pour n'autoriser l'entrée que pour de très petites molécules de gaz, et ont rempli les parois des pores de groupes chimiques qui attireraient l'acétylène sur l'éthylène grâce à leurs interactions électrostatiques et chimiques plus fortes.

Ainsi, combiner de petites tailles de pores avec les sites de nickel ouverts et les sites pour la liaison préférentielle de l'acétylène, les scientifiques ont créé un Ni-MOF appelé Ni 3 (pzdc) 2 (7Hade) 2 qui est extraordinairement sélectif, robuste, stable, et peut être régénéré. Selon l'étude, le Ni-MOF purifiait le flux d'éthylène par un facteur de mille et maintenait une sélectivité élevée sur une gamme de pressions et de cycles de régénération. En outre, le Ni-MOF peut être préparé dans un procédé hydrothermal standard, disent les scientifiques.

Les auteurs soulignent que la synergie de la géométrie et de la taille des pores, combiné à des interactions chimiques, peut être encore amélioré et peut conduire à des séparations encore plus efficaces. Ceci est intéressant pour les applications industrielles.