​Исследователи из Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН создали целое семейство металл-органических каркасных структур, которые способны сорбировать этан из газовой смеси лучше, чем этилен. Открытие, которое найдет применение в крупнотоннажном химическом производстве, опубликовано в престижном химическом журнале Angewandte Chemie International Edition. 

«Этилен — самое производимое органическое соединение в мире; мировое производство этилена составляет более 150 миллионов тонн в год и продолжает расти. Этилен получают крекингом углеводородов. При этом получается смесь продуктов, которые необходимо разделить. Наиболее сложным является отделение этилена от этана, так как эти вещества обладают близкими физическими свойствами. В нефтеперерабатывающей промышленности используют криогенную дистилляцию для разделения этилена и этана. Однако, этот процесс является дорогостоящим и требует больших затрат энергии, так как проводится при высоком давлении и низкой температуре», — говорит руководитель исследовательской группы, главный научный сотрудник ИНХ СО РАН, член-корреспондент РАН Владимир Федин.​ 

Было бы заманчиво сорбировать примесь этана из газовой смеси, однако существующие сорбенты лучше поглощают этилен, чем этан – что обусловлено наличием двойной связи в молекуле этилена. 

Новосибирские химики решили обратиться к достаточно новому классу соединений, который активно разрабатывается во всем мире: металл-органическим каркасным структурам. Что это такое? Металл-органические каркасные структуры (MOF, metal–organic framework) — это пористые кристаллические материалы, в которых ионы металла связаны между собой органическими молекулами (лигандами) в трехмерную структуру. Внутри таких каркасных структур образуются достаточно крупные поры от 0,1 до 10 нм, в которые могут попадать различные молекулы. MOF характеризуются высокой пористостью, открытыми наружу внутренними каналами и большой площадью внутренней поверхностью. Меняя металлы и лиганды, можно изменять размер и форму пор для тонкой настройки свойств материала.
Авторы работы синтезировали семейство мезопористых MOF (такими называют структуры с порами диаметром более двух нанометров; количество известных подобных структур гораздо меньше, чем количество микропористых MOF) на основе ионов цинка. Лигандами в опубликованных пяти структурах выступили изофталат, депротонированные двухатомные спирты и 1,4-диазобицикло[2.2.2]октан. Структура этих соединений построена из двенадцатиядерных строительных блоков. Серия из пяти изоструктурных соединений получила название NIIC-20 (аббревиатура названия Института на английском языке). 

Оказалось, что NIIC-20 обладают очень высокой способностью к сорбции веществ из газовой смеси и вдобавок – рекордной избирательной сорбцией этана по сравнению с этиленом. Из всех пяти структур самые лучшие показатели получены для структуры NIIC-20-Bu, в которой в качестве диольного лиганда применялся 1,2-бутандиол. 

Авторы работы надеются, что их соединения найдут свое применение в крупнотоннажной химической промышленности. Работа поддержана грантом РФФИ (проект № 18-19-04001) и грантом РНФ (проект № 19-73-20087). 

 Алексей Паевский 

Fedin, V. P., Lysova, A. A., Samsonenko, D. G., Kovalenko, K. A., Dybtsev, D. N., & Nizovtsev, A. S. (2020). A Series of Mesoporous Metal‐Organic Frameworks with Tunable Windows Sizes and Exceptionally High Ethane over Ethylene Adsorption Selectivity. Angewandte Chemie International Edition. doi:10.1002/anie.202008132 

Похожие новости

  • 07/08/2018

    Магистранты ТПУ примут участие в работе над уникальными проектами

    ​Магистрантам Томского политехнического университета предлагают стать участниками уникальных исследовательских проектов в составе научных групп под руководством ведущих ученых вуза. Одной из таких научно-исследовательских групп является коллектив научно-образовательного центра Н.
    1367
  • 03/01/2019

    Обнаружены особенности образования соединений, мешающих добыче нефти и газа

    ​​Ученые из Института неорганической химии имени А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН) исследовали реакцию образования кристаллических соединений воды и газа (газовых гидратов) с метастабильной (неустойчивой) структурой.
    1701
  • 13/12/2016

    Четвертый семинар по проблемам химического осаждения из газовой фазы в рамках Кузнецовских чтений - 2017

    ​​Институт неорганической химии СО РАН и Иркутский институт химии СО РАН в рамках Кузнецовских чтений, посвященных памяти и научному наследию российского учёного и организатора науки академика Федора Андреевича Кузнецова, проводят Семинар по проблемам химического осаждения из газовой фазы.
    3476
  • 24/09/2018

    Журнал Mendeleev Communications опубликовал Focus Article сибирских учёных

    Журнал Mendeleev Communications опубликовал Focus Article сибирских учёных, посвященную новому научному направлению, созданному в ННЦ СО РАН и получившему международное признание. Авторы – сотрудники НИОХ, ИНХ и ИХКГ СО РАН, связанные также с ФЕН и ФФ НГУ.
    1196
  • 19/05/2020

    Мнение: Актуальные научные вызовы эпохи коронавируса

    Обрушившаяся на человеческое сообщество пандемия коронавируса и произошедшие в первые три месяца 2020 года глобальные изменения сложившегося образа жизни в ближайшее время станут (и уже стали) центром мировых дискуссий: философских, политических, исторических, экономических и гуманитарных.
    641
  • 27/03/2017

    Владимир Федин прочитает лекции по химии в Улан-Удэ

    ​27 и 28 марта в Бурятском государственном университете с лекциями выступит член-корреспондент РАН, профессор Владимир Федин.  Владимир Петрович Федин - директор Института неорганической химии им.
    1518
  • 22/03/2019

    «Академический час для школьников»: лекция «К 150-летию со дня открытия периодической таблицы Д.И. Менделеева»

    ​22 марта в 15:00 в малом зале ДУ СО РАН состоится лекция директора Института неорганической химии СО РАН члена-корреспондента РАН Владимира Петровича Федина «К 150-летию со дня открытия периодической таблицы Д.
    1076
  • 15/07/2020

    Разработка сибирских ученых позволит значительно удешевить производство синтетических тканей

    ​Сотрудники Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН создали пористые металлорганические каркасы (МОК) для эффективного разделения бензола и циклогексана. Их применение в промышленности позволит сделать многие технологические процессы (в частности, производство пластмасс и синтетических тканей) в разы дешевле и экологичнее.
    660
  • 20/03/2018

    В Новосибирске обсудили актуальные проблемы органической химии

    ​В новосибирском Академгородке прошла всероссийская молодежная научная школа-конференция «Актуальные проблемы органической химии», собравшая 190 участников из России, Казахстана, США, Франции и Японии.
    1931
  • 06/09/2017

    Как быть молодым учёным и не стать нищим молодым учёным

    ​О жизни молодых учёных можно услышать разные истории, зачастую противоположные. Например, что им тяжело выживать на маленькую зарплату и они никому не нужны или что они живут неплохо, ездят в командировки в разные страны, выступают на международных конференциях.
    2002