Un gas industrial altamente inflamable se puede almacenar y liberar de manera más segura y eficiente utilizando cilindros que contienen polímeros de coordinación porosos (PCP), también conocidos como estructuras metalorgánicas (MOF). Científicos del Instituto Japonés de Ciencias Integradas de Materiales Celulares (iCeMS) y el Campus de Innovación de Air Liquide en Tokio han desarrollado el material de almacenamiento de gas y han publicado sus resultados en la revista. química natural.

El acetileno se utiliza en una variedad de procesos industriales que incluyen soldadura, corte de metales y síntesis química orgánica. Es muy inflamable a temperatura ambiente y se autoinflama si la presión supera los 2 bar, que es inferior a la presión de un neumático de coche típico.

«El almacenamiento de acetileno es problemático, ya que debe estar dentro de los rangos de presión y temperatura que evitan que explote», explica el químico de materiales de iCeMS, Ken-ichi Otake.

Actualmente, el acetileno se almacena en cilindros disueltos en solventes como la acetona. Si bien esto hace posible almacenar acetileno a altas presiones, este proceso dependiente del solvente puede contaminar el gas. Sin embargo, no es económicamente factible almacenar y enviar acetileno puro a presiones más bajas y seguras.

El químico de iCeMS Susumu Kitagawa, Otake y sus colegas en Japón y Francia evaluaron los MOF a base de zinc por su capacidad para almacenar y liberar acetileno de manera segura. Los MOF son materiales porosos compuestos de iones metálicos rodeados de moléculas enlazadoras orgánicas. El acetileno se adsorbe en los sitios porosos del MOF, lo que permite que las moléculas de gas se almacenen densamente a baja presión. Los investigadores fabricaron estructuras basadas en zinc que contenían enlazadores de bencenodicarboxilato y bipiridina y las modificaron con grupos funcionales amino o nitro. Estas modificaciones de grupos funcionales se aplican de manera controlada para regular la presión requerida para introducir el gas y la presión a la que se libera el gas para su uso. Este control permite a los investigadores diseñar de manera proactiva un material adecuado para la liberación y el uso de acetileno en rangos de presión de trabajo predeterminados.

Los investigadores descubrieron que sus MOF flexibles pueden almacenar grandes cantidades de acetileno a presiones inferiores a 2 bar sin necesidad de disolvente. Demostraron la liberación de acetileno a presión ambiental utilizando un pequeño contenedor prototipo en condiciones realistas. El material con las funciones amina fue particularmente bueno, pudiendo liberar el 77% del gas almacenado a presión atmosférica.

«Nuestros resultados sugieren que el acetileno podría almacenarse en cilindros más pequeños a baja presión y en mayores cantidades, hasta 37 veces más que otras soluciones de almacenamiento sin solventes», dice Otake.

Además, los investigadores descubrieron que podían ajustar la flexibilidad del material con los grupos funcionales para hacer diferentes variaciones adecuadas para almacenar el gas en diferentes condiciones y temperaturas, adaptando su MOF al uso final. Planean desarrollar MOF controlados por presión similares para almacenar otros gases, como dióxido de carbono, oxígeno y metano.

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Crédito: Mindy Takamiya/iCeMS de la Universidad de Kyoto

Un gas industrial altamente inflamable se puede almacenar y liberar de manera más segura y eficiente utilizando cilindros que contienen polímeros de coordinación porosos (PCP), también conocidos como estructuras metalorgánicas (MOF). Científicos del Instituto Japonés de Ciencias Integradas de Materiales Celulares (iCeMS) y el Campus de Innovación de Air Liquide en Tokio han desarrollado el material de almacenamiento de gas y han publicado sus resultados en la revista. química natural.

El acetileno se utiliza en una variedad de procesos industriales que incluyen soldadura, corte de metales y síntesis química orgánica. Es muy inflamable a temperatura ambiente y se autoinflama si la presión supera los 2 bar, que es inferior a la presión de un neumático de coche típico.

«El almacenamiento de acetileno es problemático, ya que debe estar dentro de los rangos de presión y temperatura que evitan que explote», explica el químico de materiales de iCeMS, Ken-ichi Otake.

Actualmente, el acetileno se almacena en cilindros disueltos en solventes como la acetona. Si bien esto hace posible almacenar acetileno a altas presiones, este proceso dependiente del solvente puede contaminar el gas. Sin embargo, no es económicamente factible almacenar y enviar acetileno puro a presiones más bajas y seguras.

El químico de iCeMS Susumu Kitagawa, Otake y sus colegas en Japón y Francia evaluaron los MOF a base de zinc por su capacidad para almacenar y liberar acetileno de manera segura. Los MOF son materiales porosos compuestos de iones metálicos rodeados de moléculas enlazadoras orgánicas. El acetileno se adsorbe en los sitios porosos del MOF, lo que permite que las moléculas de gas se almacenen densamente a baja presión. Los investigadores fabricaron estructuras basadas en zinc que contenían enlazadores de bencenodicarboxilato y bipiridina y las modificaron con grupos funcionales amino o nitro. Estas modificaciones de grupos funcionales se aplican de manera controlada para regular la presión requerida para introducir el gas y la presión a la que se libera el gas para su uso. Este control permite a los investigadores diseñar de manera proactiva un material adecuado para la liberación y el uso de acetileno en rangos de presión de trabajo predeterminados.

Los investigadores descubrieron que sus MOF flexibles pueden almacenar grandes cantidades de acetileno a presiones inferiores a 2 bar sin necesidad de disolvente. Demostraron la liberación de acetileno a presión ambiental utilizando un pequeño contenedor prototipo en condiciones realistas. El material con las funciones amina fue particularmente bueno, pudiendo liberar el 77% del gas almacenado a presión atmosférica.

«Nuestros resultados sugieren que el acetileno podría almacenarse en cilindros más pequeños a baja presión y en mayores cantidades, hasta 37 veces más que otras soluciones de almacenamiento sin solventes», dice Otake.

Además, los investigadores descubrieron que podían ajustar la flexibilidad del material con los grupos funcionales para hacer diferentes variaciones adecuadas para almacenar el gas en diferentes condiciones y temperaturas, adaptando su MOF al uso final. Planean desarrollar MOF controlados por presión similares para almacenar otros gases, como dióxido de carbono, oxígeno y metano.

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DOI:
https://doi.org/10.1038/s41557-022-00928-x

Acerca del Instituto de Ciencias Integradas de Materiales Celulares (iCeMS) de la Universidad de Kyoto:
Nuestra misión en iCeMS es explorar los misterios de la vida mediante el desarrollo de compuestos para controlar las células y luego desarrollar materiales inspirados en la vida.
https://www.icems.kyoto-u.ac.jp/

Para mas informacion contacte:
I. Mindy Takamiya/Christopher Monahan
[email protected]


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