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Der Arbeitskreis Henke entwickelt poröse metallorganische Gläser für Anwendungen in der Gasseparation

Nach aktuellen Schätzungen wendet die Industrie fast die Hälfte ihres Energieverbrauchs für thermische Separationsprozesse auf. Somit sind neue innovative Materialien für die verbesserte Trennung und Aufreinigung von chemischen Wertstoffen, z.B. durch effiziente Membrantechnologien, von großem ökonomischem und ökologischem Interesse. In einer aktuellen Publikation in der renommierten Fachzeitschrift Journal of the American Chemical Society stellt der Arbeitskreis um JProf. Sebastian Henke neuartige poröse Gläser vor, welche gasförmige Kohlenwasserstoffe adsorbieren können und großes Potential für die energieeffiziente kinetische Separation von Propen und Propan besitzen.

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Die Aufreinigung von industriell wichtigen Kohlenwasserstoffen wie Propen, einem Grundbaustein für diverse Chemikalien und Kunststoffe, ist ein energie- und kostenintensiver Prozess. Das liegt daran, dass das wertvolle Propen für die Weiterverarbeitung von Propan separiert werden muss. Beide Gase haben aber sehr ähnliche physikalische Eigenschaften (Siedepunkt, Dampfdruck) und können deshalb nur aufwendig durch thermische Destillation voneinander getrennt werden.

Der Arbeitskreis von JProf. Henke sucht nach neuen Materialien für die Lösung dieses Problems und befasst sich mit der Synthese und Charakterisierung von metallorganischen Gerüstverbindungen (Metal-Organic Frameworks, MOFs). MOFs sind eine junge Klasse poröser Materialien mit großem Anwendungspotential von der Katalyse bis hin zur Sensorik. Üblicherweise sind diese Gerüstverbindungen kristallin und hochgeordnet. Nun gelang es den Wissenschaftlern MOF-Gläser herzustellen, welche eine ungeordnete Struktur besitzen, aber trotzdem intrinsische Poren aufweisen, die groß genug für die Adsorption von Kohlenwasserstoffen sind. Gegenüber ihren kristallinen Verwandten weisen die MOF-Gläser eine höhere thermische Stabilität auf und besitzen außerdem große Vorteile bei der Verarbeitung und Prozessierbarkeit, besonders wenn spezielle makroskopische Formen der Materialen, wie beispielsweise in der Membrantechnologie, benötigt werden. In ihren Pionierarbeiten konnte der Arbeitskreis Henke zeigen, dass die MOF-Gläser das Gas Propen um ein Vielfaches schneller adsorbieren als Propan. Dieser Effekt soll zukünftig in neuartigen MOF-Glas-Membranen für die Trennung der Gase eingesetzt werden.

Diese Forschungsergebnisse berichtet die Arbeitsgruppe in der Fachzeitschrift Journal of the American Chemical Society. Gefördert wurde dieses Projekt von der DFG im Rahmen des Schwerpunktprogramms 1928 (COORNETs).

 

Meltable Mixed-Linker Zeolitic Imidazolate Frameworks and Their Microporous Glasses - From Melting Point Engineering to Selective Hydrocarbon Sorption

L. Frentzel-Beyme, M. Kloss, P. Kolodzeiski, R. Pallach, S. Henke, J. Am. Chem. Soc. 2019, DOI: 10.1021/jacs.9b05558.



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