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MOFs as Catalysts and Adsorbents: Discovery and Engineering of Materials for Industrial Applications

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Ottimizzazione delle strutture in ossido di metallo

Le gabbie chimiche in miniatura, composte da giunzioni in ossido di metallo e supporti organici forniscono architetture ottimali per lo stoccaggio e/o le reazioni chimiche. Gli scienziati finanziati dall'UE ne hanno valutato centinaia per l'uso in processi di interesse industriale.

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I materiali con strutture e proprietà nuove costituiscono la base di nuove interessanti applicazioni. Le strutture in ossido di metallo prodotte inizialmente quasi 20 anni fa, sono tra quei materiali. Sono caratterizzate da legami chimici molto forti che conferiscono rigidità. Allo stesso tempo, sono incredibilmente vuoti all'interno creando non solo uno spazio di stoccaggio ideale per i gas ma una superficie enorme per le reazioni chimiche. Il progetto MACADEMIA ("MOFs as catalysts and adsorbents: discovery and engineering of materials for industrial applications"), finanziato dall'UE, mirava alla maggiore efficienza e al minore impatto ambientale rispetto ai processi convenzionali. L'attenzione era sulla separazione e lo stoccaggio del gas, la separazione del liquido e la catalisi. Per valutare le prestazioni sono state preparate centinaia di campioni ed è stata sviluppata una nuova tecnologia di screening a throughput elevato. La separazione e lo stoccaggio dei gas si sono concentrati in gran parte sulle applicazioni legate all'energia e agli idrocarburi. Il team ha indagato la separazione della miscela di propano/propilene, il recupero azoto da idrocarburi leggeri e la separazione di benzene da idrocarburi. Sono stati identificati numerosi materiali promettenti. L'assorbimento e la separazione della fase liquida si sono concentrate sulla separazione dello xilene per la produzione di poliestere e di altre materie plastiche e adsorbimento di azoto/zolfo per abbassare i livelli di zolfo nei combustibili. MACADEMIA ha inoltre indagato su catalizzatori per la catalisi a base di acido di Lewis, un tipo importante di reazione con catalizzatore metallico in cui le reazioni di fondo e la mancanza di specificità sono il problema principale. Le strutture in ossido di metallo con periodicità regolare di siti attivi possono fungere da catalizzatori a sito singolo per l'alta selettività e la resa con diminuzione di energia. Sono stati sviluppati e testati diversi materiali, dimostrando l'attività catalitica superiore rispetto a quelli convenzionali, a causa dell'organizzazione periodica dei centri attivi nel framework. Gli scienziati hanno inoltre sviluppato modelli di simulazione dei processi e predittivi per sostenere lo sviluppo di materiali e l'installazione della linea pilota. I risultati hanno portato a numerosi brevetti e a 97 pubblicazioni peer-reviewed in riviste scientifiche ad alto impatto. Processi a base di assorbimento per la catalisi e la separazione di gas e liquidi e possono contribuire in modo significativo a rendere più ecologici di metodi industriali convenzionali. Il potenziale commerciale di strutture in ossido di metallo per la produzione di materie plastiche, la purificazione del combustibile, la cattura di anidride carbonica e la catalisi è molto promettente e MACADEMIA ha indicato la strada a percorsi futuri di sviluppo.

Parole chiave

Stoccaggio, reazioni chimiche, strutture in ossido di metallo, separazione di gas, separazione di liquido, catalisi, propano, azoto, benzene, xilene, acido di Lewis

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