Les charpentes métallo-organiques (MOF) sont des matériaux prometteurs pour une séparation de gaz peu coûteuse et moins énergivore, même en présence d'impuretés telles que l'eau.

Des analyses expérimentales des performances des structures métallo-organiques (MOF) pour la séparation du propane et du propène dans des conditions réelles ont révélé que la théorie la plus couramment utilisée pour prédire la sélectivité ne donne pas d'estimations précises, et aussi que l'eau en tant qu'impureté n'a pas d'effet néfaste sur les performances du matériau.

Les hydrocarbures à chaîne courte sont produits en mélanges après traitement du pétrole brut dans les raffineries et doivent être séparés pour être utiles industriellement. Par exemple, le propane est utilisé comme carburant et le propène comme matière première pour la synthèse chimique telle que la production de polymères. Cependant, le processus de séparation nécessite généralement des températures et des pressions élevées, et en outre, l'élimination d'autres impuretés telles que l'eau rend le processus coûteux et énergivore.

La structure du MOF étudié offre une longue durée de vie, adaptable, et surtout une alternative de séparation efficace dans des conditions ambiantes. Ils s'appuient sur le fait que des molécules insaturées telles que le propène peuvent être complexées avec les atomes métalliques exposés du matériau, tandis que les saturés tels que le propane ne le font pas. Alors que la recherche s'est concentrée sur le développement de différentes structures métallo-organiques pour différents processus de séparation, la faisabilité de l'utilisation de ces matériaux dans des applications à l'échelle industrielle n'est généralement évaluée qu'en s'appuyant sur une théorie qui fait de nombreuses hypothèses idéalisantes à la fois sur le matériau et la pureté des gaz. Ainsi, il n'a pas été clair si ces prédictions tiennent dans des conditions plus compliquées mais aussi plus réalistes.

Une équipe de chercheurs de l'Université d'Hokkaido autour du professeur Shin-ichiro Noro en collaboration avec le groupe du professeur Roland A. Fischer à l'Université technique de Munich a mené une série de mesures sur les performances d'un MOF prototype pour vérifier la sélectivité du matériau dans le monde réel, pour les cadres complètement secs et ceux pré-exposés à l'eau.

Leurs résultats récemment publiés dans Matériaux et interfaces appliqués ACS montrent que les sélectivités prédites du matériau sont trop élevées par rapport aux résultats du monde réel. Il a également démontré que l'eau ne diminue pas drastiquement la sélectivité, bien qu'il réduise la capacité du matériau à adsorber le gaz. L'équipe a ensuite effectué des calculs de chimie quantique pour comprendre pourquoi et s'est rendu compte que les molécules d'eau elles-mêmes offrent de nouveaux sites de liaison aux hydrocarbures insaturés, comme le propène (mais pas le propane), conservant ainsi la fonctionnalité du matériau.

Les chercheurs déclarent :"Nous avons montré la puissance des expériences d'adsorption multi-composants pour analyser la faisabilité de l'utilisation d'un système MOF." Ils veulent ainsi faire prendre conscience des lacunes des théories couramment utilisées et motiver d'autres groupes à utiliser également une combinaison de différentes mesures du monde réel.