Separar gases usando tamices moleculares flexibles

Los armazones organometálicos (MOFs) son una clase relativamente nueva de materiales cristalinos y porosos con una amplia gama de aplicaciones.

Algunos armazones organometálicos pueden actuar como tamices moleculares, permitiendo el paso de un tipo de molécula de gas de una mezcla mientras bloquean el paso de las moléculas de otros tipos.

En unos experimentos recientes, el equipo de Dmytro Antypov, de la Universidad de Liverpool en el Reino Unido, ha comprobado que, a diferencia de un tamiz de cocina, ciertos tamices moleculares pueden cambiar la forma de sus poros y su flexibilidad, y que ello es vital para su capacidad de filtrar.

Los análisis de modelos digitales y de datos obtenidos con rayos X indican que en uno de tales armazones organometálicos de alto rendimiento, el conocido como KAUST-7, los cambios estructurales desencadenados en él por la presencia de moléculas de gas propileno y gas propano son cualitativamente diferentes y dan lugar a una mayor adsorción y un transporte más rápido del propileno, lo que esencialmente tamiza las moléculas, dejando fuera las de propano.

Sin embargo, es difícil predecir qué otros tipos de armazones organometálicos poseen esta flexibilidad funcional y, por tanto, podrían ser buenos para una determinada separación de gases. La dificultad se debe a que la capacidad de separación depende de interacciones moleculares específicas que son difíciles de prever o identificar experimentalmente.

En otro estudio reciente, el equipo de Matthew Dyer, también de la Universidad de Liverpool, se ha ocupado de este desafío.

La naturaleza dinámica y la flexibilidad de los tamices moleculares son cruciales para su eficacia en el transporte de moléculas pequeñas. (Imagen: University of Liverpool)

Dyer y sus colegas aplicaron un enfoque de selección automatizada por ordenador para evaluar más de cuatro mil armazones organometálicos de los que se había determinado anteriormente que tienen un grado de flexibilidad relevante al actuar como tamices moleculares. Utilizando este enfoque, identificaron los cuatro principales armazones organometálicos que muestran potencial para separar el propileno del propano. De dos de ellos ya se sabe que tienen un buen rendimiento, mientras que los otros dos todavía no han sido probados para esta aplicación.

Los descubrimientos hechos en esta línea de investigación podrían beneficiar a una amplia gama de importantes procesos de separación de gases en la industria química. (Fuente: NCYT de Amazings)