De chemische basisstructuur. De groene bolletjes zijn koperionen. Zuurstof rood, stikstof blauw, waterstof geel en koolstof lila.

Met hulp uit Amsterdam hebben Chinese onderzoekers een metal organic framework bedacht dat spoortjes acetyleen verwijdert uit etheen. Hoogst interessant voor de petrochemie, blijkt uit een publicatie in Nature Communications met de gebruikelijke aantekening dat het voorlopig alleen in het lab werkt.

Dat acetyleen (ethyn, C2H2) ontstaat als bijproduct bij het ‘kraken’ van van aardoliecomponenten tot etheen (C2H4). Gewoonlijk blijft het beperkt tot ongeveer één procent van het product, maar dat kan al voldoende zijn om de katalysatoren te vergiftigen die van etheen polyetheen maken. Vandaar dat wordt gestreefd naar 40 ppm C2H2 als aanvaardbaar maximum.

Momenteel zijn er twee manieren om dat voor elkaar te krijgen, en die zijn beiden verre van volmaakt. Óf je hydrogeneert het alsnog tot C2H4 maar daar is een dure palladiumkatalysator voor nodig, óf je extraheert het met een oplosmiddel dat geen C2H4 opneemt, maar daar heb je dan wel véél van nodig.

Vandaar de poging van Banglin Chen (University of Texas, San Antonio) om een selectief absorberend metal organic framework (MOF) te ontwerpen waar acetyleen wél in blijft hangen en etheen niet. Hij kreeg daarbij hulp van een tiental collega’s in China, de VS en Saoedi-Arabië én van UvA-hoogleraar Rajamani Krishna die een groot deel van de computersimulaties uitvoerde.

Chen is er al langer mee bezig. In 2011 presenteerde hij al een MOF dat het helemaal moest hebben van de zeeffunctie, maar om C2H4 fysiek tegen te houden moesten de poriën zó nauw zijn dat C2H2 er ook alleen met moeite in kon. Anderen stelden vervolgens voor (ook al met hulp van Krishna) om C2H2 vastte houden via chemische adsorptie aan de metaalcomponent. Maar dat werkte niet specifiek genoeg terwijl de poriën zo groot waren dat er van een fysische zeefwerking geen sprake meer was.

Het huidige MOF, werktitel UTSA-100a met Cu2+ als metaalion en 5-(5-amino-1H-tetrazol-1-yl)-1,3-benzeendicarbonzuur als organische linker, presenteert hij als een compromis tussen beide benaderingen. Het zeeft een beetje én het bindt acetyleen een beetje (met name via de NH2-groepen). En zolang dat laatste gas inderdaad maar 1 % van de etheenstroom uitmaakt is het niet zo’n bezwaar dat de opslagcapaciteit in wezen heel beperkt is.

Lab-experimenten wijzen uit dat UTSA-100a beter presteert dan alle acetyleenverwijderaars die Chen tot nu toe heeft kunnen vinden. Hij laat echter wel doorschemeren dat het waarschijnlijk nog geen definitieve oplossing voor industriële acetyleenveranderingen is, en hooguit aangeeft in welke richting je zo’n definitieve oplossing het beste kunt zoeken.

bron: Nature Communications, UvA