Uma estratégia para fabricar metais

Destaque de 8 de setembro de 2021

por Ingrid Fadelli, Tech Xplore

A separação de misturas de hidrocarbonetos leves está entre os processos petroquímicos e industriais mais importantes. Este processo é atualmente considerado como altamente intensivo em energia, pois até agora tem sido realizado usando técnicas convencionais, como a destilação criogênica.

Uma maneira alternativa de separar hidrocarbonetos leves poderia ser usar processos de separação baseados em membranas. Em contraste com a destilação criogênica e outros processos tradicionais, a separação baseada em membrana não é acionada pelo calor, portanto, pode ajudar a reduzir os requisitos gerais de energia da separação de hidrocarbonetos leves. Ao longo dos últimos anos, cientistas de todo o mundo têm tentado desenvolver e identificar novos materiais que possam ser usados ​​para fabricar membranas para realizar tais separações intensivas em energia.

Pesquisadores da King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) introduziram recentemente uma estratégia versátil de montagem eletroquímica dirigida para fabricar membranas para a separação de hidrocarbonetos. Essa estratégia, apresentada em um artigo publicado na Nature Energy, permitiu fabricar estruturas metal-orgânicas como filmes finos contínuos e implantá-los como membranas que poderiam reduzir a entrada de energia nos processos de separação de hidrocarbonetos em quase 90% em comparação com os processos convencionais de destilação única.

"Nossas explorações anteriores sobre o design, descoberta e desenvolvimento de estruturas metal-orgânicas (MOFs) revelaram uma nova plataforma baseada nos MOFs cúbicos (fcu) de face cantada, que se mostraram adaptáveis ​​ao ajuste ultrafino de seus poros -apertures, posicionando os fcu-MOFs como sorventes adequados para várias separações de chaves", disse Mohamed Eddaoudi, um dos pesquisadores que realizou o estudo, ao TechXplore. "O principal objetivo do nosso estudo foi levá-los para o próximo nível e processar esses materiais adsorventes selecionados em membranas práticas que oferecem alta permseletividade em altas pressões industrialmente relevantes e sob condições agressivas. Além disso, eles podem ser fáceis de fabricar em um moda escalável e robusta."

A fabricação de membranas MOF policristalinas sem defeitos é muito desafiadora, pois requer um processo de crescimento altamente controlável. Para fabricar suas membranas, Eddaoudi e seus colegas usaram uma abordagem eletroquímica que funciona aplicando uma corrente externa controlada para promover a cristalização e o intercrescimento do filme fino policristalino fcu-MOF em um suporte poroso.

"Comparado com o crescimento solvotérmico convencional, esta abordagem eletroquímica é altamente controlável, portanto filmes finos de alta qualidade podem ser obtidos", explicou Sheng Zhou (estudante de doutorado e primeiro autor). "Além disso, as condições de fabricação são muito mais amenas e rápidas do que usando outros métodos, exigindo apenas temperatura ambiente, pressão atmosférica e tempo de crescimento curto (duas horas). Como resultado, essa estratégia é mais prática e amigável em escala."

Ao combinar com sucesso a química reticular com uma abordagem sintética eletroquímica, Eddaoudi e seus colegas foram capazes de fabricar membranas fcu-MOF contínuas e livres de defeitos com propriedades de peneiramento molecular intrínsecas e estáveis. Essas propriedades tornam as membranas que eles criaram particularmente promissoras para a separação de hidrocarbonetos leves.

Além disso, os pesquisadores foram os primeiros a desenvolver uma metodologia que pode ser usada para determinar as condições certas para a fabricação de membranas de filme fino fechadas baseadas em uma série de MOFs com vários tipos de ligantes. No futuro, as membranas criadas usando a estratégia que desenvolveram poderiam melhorar significativamente os processos de separação de hidrocarbonetos.