Almacenamiento seguro de gases peligrosos en los poros.

Almacenamiento seguro de gases peligrosos en los poros.

imagen: Los nuevos PCP/MOF permiten la extracción segura del gas acetileno adsorbido a presión normal gracias a su control preciso de la presión de apertura de la puerta.
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Crédito: Mindy Takamiya/iCeMS de la Universidad de Kioto

El 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 orgánicas metálicas (MOF). Científicos del Instituto Japonés para la Ciencia Integrada de Materiales Celulares (iCeMS) y Air Liquide Innovation Campus Tokyo desarrollaron el material de almacenamiento de gas y publicaron sus resultados en la revista. química natural.

El acetileno se utiliza en una amplia gama de procesos industriales que incluyen soldadura, corte de metales y síntesis química orgánica. Es altamente inflamable a temperatura ambiente y se enciende espontáneamente cuando la presión supera los 2 bar, que es inferior a la presión de un neumático de automóvil típico.

«El almacenamiento de acetileno es problemático porque debe hacerse en rangos de presión y temperatura que eviten que explote», dice Ken-ichi Otake, químico de materiales de iCeMS.

Actualmente, el acetileno se almacena en cilindros disueltos en solventes como la acetona. Aunque esto permite que el acetileno se almacene a altas presiones, este proceso dependiente del solvente puede contaminar el gas. Sin embargo, no es económicamente factible almacenar y transportar 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 formados por iones metálicos rodeados de moléculas de unión 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 prepararon estructuras a base de zinc que contenían enlazadores de bencenodicaroxilato y bipiridina y las modificaron con grupos funcionales amino o nitro. Estas modificaciones de grupos funcionales se aplican de forma controlada para regular la presión necesaria 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 predictiva un material adecuado para la liberación y el uso de acetileno dentro de 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 amino fue particularmente bueno, ya que pudo liberar el 77% del gas almacenado a presión atmosférica.

“Nuestros resultados sugieren que el acetileno podría almacenarse en cilindros más pequeños a presiones más bajas 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 de manera que las diferentes variaciones fueran adecuadas para el almacenamiento de gas en diferentes condiciones y temperaturas, adaptando su MOF al uso final. Planean desarrollar MOF de presión similares para almacenar otros gases, como dióxido de carbono, oxígeno y metano.

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

Acerca del Instituto de Ciencia Integrada de Materiales Celulares (iCeMS) de la Universidad de Kyoto:
En iCeMS, nuestra misión es explorar los secretos de la vida mediante la creación de compuestos para controlar las células y, más adelante, crear 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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