مواد غير اعتيادية مهندَسة من مواد أولية

طوّر العلماء أفضل مادة عُرفت حتى الآن لفصل الأسيتيلين من خليط غازي مع الإثيلين. 

أنواع البلاستيك المختلفة والمواد الكيميائية الصناعية المهمة هي عبارة عن بوليمرات الإثيلين ومشتقات الإثيلين. لجعل الإثيلين بالنوعية المطلوبة للبلمرة، من المهم فصله أولًا عن خليط من الإيثيلين (C₂H₄) والأسيتيلين (C₂H₂). للقيام بذلك، ثمة احتياج إلى المواد التي يمكن أن تربط الأسيتيلين وليس الإيثيلين انتقائيًّا، على أن تكون عالية القدرة.

حتى الآن، كانت أفضل المواد التي طُوّرت لهذا الغرض هي عائلة هجينة من المعادن والمواد العضوية ذات المسام، تُعرَف باسم الأطر العضوية المعدنية (MOFs)، وكان أداؤها جيدًا، ولكن تحسنها تعرّض للركود منذ ذلك الحين.

ويستند هذا النموذج لاستخدام الأطر المعدنية العضوية كمواد لفصل الغاز وتخزينه إلى التحكم الدقيق بحجم المسام وكيمياء السطح التي تقدمها، والتي يمكن تفصيلها انطلاقًا من الأسس الأولى من أجل الإكمال المضبوط لذرات الغاز التي سيجري اختيارها.

الآن، حدد الباحثون إطارين معدنيين عضويين جديدين، يحتويان على ذرة نحاس ومراكز من السيليكات سداسية الفلور تحل محل المعايير الحالية، ونشروا النتائج التي توصلوا إليها في دورية ¹ Science.

"إننا لا نتعامل مع قفزات متزايدة، بل مع قفزات كبيرة من ناحية الأداء"، كذا يقول مايكل زاوروتكو، الذي شارك في قيادة الدراسة.

يبقى الإطاران المعدنيان العضويان في مكانهما بفعل رابطين عضويين مختلفين. وتبدي إحدى المادتين ألفة عالية جدًّا للأسيتيلين عندما يكون الضغط الجزئي للأسيتيلين منخفضًا، وتبدي الثانية قدرة عالية جدًّا، مما يجعلهما مثاليتين لإزالة التلوث الطفيف في الأسيتيلين وفصل كميات كبيرة منه، على التوالي.

ويعزو الباحثون هذا التحسن الملحوظ إلى الترتُّب الهندسي للسيليكات سداسية الفلور، التي تفضّل ربط الأسيتيلين.

"لم يُدرس هذا النوع من المواد بما يكفي، وهو يختلف إلى حد كبير عن الأسر السابقة بسبب استخدام كل من الروابط العضوية وغير العضوية لبناء هيكله"، استنادًا إلى قول زاوروتكو. "إن هذا يشكل المزيج الصحيح من كيمياء المسام، وهندسة المسام وحجم المسام لممارسة اقتناص عالي الانتقائية لجزيئات الغاز الصغيرة، ويشير إلى وجود العديد من التطبيقات الأخرى المحتملة في مجال التنقية".

اشترك للحصول على النشرة الإلكترونية المحدّثة كل أسبوعين لكي تبقى على اطلاع بكافة المستجدات على الموقع.