Un equipo internacional de investigadores, afiliado a UNIST, ha presentado un novedoso sistema de separación de isótopos de hidrógeno basado en un marco orgánico de metal poroso MOF. El aislamiento del deuterio de una mezcla isotópica casi idéntica fisicoquímicamente ha sido un desafío fundamental en los modernostecnología de separación. Mientras tanto, este sistema MOF podría separar y almacenar eficientemente el deuterio dentro de los poros, exhibiendo la mayor selectividad de cualquier sistema hasta la fecha.
Este avance ha sido dirigido por el profesor Hoi Ri Moon en la Facultad de Ciencias Naturales de UNIST, el profesor Hyunchul Oh de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Gyeongnam GNTECH y el Dr. Michael Hirscher del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes MPIAdemás, su trabajo apareció en la portada de la edición de octubre de 2017 de la Revista de la Sociedad Americana de Química JACS.
En el estudio, el equipo de investigación ha informado de un sistema de separación de isótopos de hidrógeno altamente eficaz basado en estructuras metálicas orgánicas porosas MOF a través de una estrategia simple posterior a la modificación. Además, también demostraron que el deuterio podría separarse y almacenarse eficientementedentro de los poros del sistema MOF-74-IM implementando dos efectos de tamizado cuántico en un sistema.
Deuterio símbolo químico D o ²H es un isótopo estable de hidrógeno con un núcleo que contiene un neutrón y un protón. Es una materia prima insustituible, ampliamente utilizada en aplicaciones de investigación industrial y científica, que van desde el rastreo de isótopos hasta la dispersión de neutrones,así como la fusión nuclear. Además de estar naturalmente presente en cantidades muy pequeñas, el deuterio constituye el 0.016% del hidrógeno total que ocurre en la naturaleza.
En la mayoría de los casos, el grado deseado de deuterio se puede lograr aislando el deuterio de la mezcla isotópica de hidrógeno. Sin embargo, debido a que los isótopos tienen propiedades físicas y químicas similares, el proceso de filtración del deuterio fuera de la mezcla isotópica natural de hidrógeno está enpresente tanto difícil como costoso. Para resolver este problema, los científicos han diseñado una nueva estructura MOF que esperan pueda conducir a una nueva herramienta científica que filtrará selectivamente el deuterio, utilizando el llamado "efecto de tamizado cuántico".
"Puede pensar en el efecto de tamizado cuántico, como el método de separar el deuterio y el hidrógeno entre sí en función de sus diferencias cuánticas a través de un tamiz cuántico", dice Jin Yeong Kim en el MS / Ph.D combinado de Ciencias Naturales,el primer autor del estudio: "Es como separar el arroz de una mezcla de arroz con mijo, usando un tamiz, de acuerdo con su tamaño".
Existen dos tipos de efectos de tamizado cuántico para la separación del deuterio hasta la fecha, el tamizado cuántico cinético KQS y el tamizado cuántico por afinidad química CAQS. En el estudio, la profesora Moon y su equipo de investigación han sugerido una nueva estrategia de combinaciónKQS y CAQS en un sistema para separar mezclas isotópicas, creando así un efecto sinérgico.
Además, este sistema de material inteligente solo se pudo probar experimentalmente porque el equipo de investigación, encabezado por Michael Hirscher, había diseñado un aparato en el que podían analizar las cantidades almacenadas de diferentes gases isotópicos directamente con la ayuda de un espectrómetro de masas en condiciones criogénicasSu sistema recientemente desarrollado nunca se ha propuesto y, por lo tanto, atrajo mucha atención como la primera tecnología en la que los efectos KQS y CAQS tienen lugar simultáneamente.
Para ese propósito, eligieron el MOF-74-Ni poroso, que tiene entalpías de alta adsorción de hidrógeno debido a fuertes sitios de metal abiertos, para la funcionalidad CAQS. Simultáneamente, se emplearon moléculas de imidazol IM en el canal MOF-74-Ni comouna barrera de difusión, que reduce efectivamente el tamaño de la abertura y bloquea repetidamente la difusión de H2, lo que resulta en el efecto KQS. Por lo tanto, el deuterio podría difundirse en el canal de poro controlado más rápido que el hidrógeno, y unirse preferentemente a los sitios de unión fuerte de los sitios de metal abierto Ni2 +.Como resultado, el factor de separación exhibió aproximadamente 26 26 moléculas de deuterio separadas por una molécula de hidrógeno a 77 K.
"La selectividad de 26 es muy superior a cualquier sistema anterior con un máximo de 6 bajo la misma condición", dice Hyunchul Oh, el autor correspondiente del artículo. Añade: "A 77 K, el proceso de separación puede explotarse connitrógeno líquido, lo que lo hace más rentable que el método de destilación criogénica operado con helio líquido a cerca de 20 K. "
"Aunque la idea de separar el deuterio utilizando efectos de tamizado cuántico ya existe, este trabajo no es solo el primer intento de implementar dos efectos de tamizado cuántico, KQS y CAQS, en un sistema, sino que también proporciona una validación experimental de la utilidad de este sistemapara uso industrial práctico mediante el aislamiento de D2 de alta pureza a través de estudios de separación selectiva directa utilizando mezclas D2 / H2 1: 1 ", dice la profesora Moon, la autora correspondiente del artículo. Ella agrega:" Anticipamos que esta estrategia puede proporcionar nuevas oportunidades parael diseño inteligente de materiales porosos que conducen al desarrollo de otros sistemas de separación de gases e isótopos altamente eficientes ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan UNIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :