Los gases industriales altamente inflamables se pueden almacenar y liberar de manera más segura y eficiente mediante el uso de cilindros que contienen polímeros de coordinación porosos (PCP), también conocidos como MOF. Los científicos del Instituto Japonés de Ciencia Integrada de Materiales Celulares (iCeMS) y el Campus de Innovación de Air Liquide en Tokio desarrollaron el material de almacenamiento de gas y publicaron sus hallazgos en la revista Nature Chemistry.
El acetileno se utiliza en una amplia variedad de procesos industriales, que incluyen soldadura, corte de metales y síntesis química orgánica. Es altamente inflamable a temperatura ambiente y se quemará espontáneamente cuando la presión supere los 2 bares, que es inferior a la presión de un neumático de automóvil típico.
«El almacenamiento de acetileno es problemático, ya que debe hacerse dentro de rangos de presión y temperatura que eviten que explote», explica Ken Ichi Otake, químico de materiales en iCeMS.
Actualmente, el acetileno se almacena dentro de cilindros disueltos en solventes como la acetona. Aunque esto hace posible almacenar acetileno a altas presiones, este proceso dependiente del solvente puede contaminar el gas. Sin embargo, no es económicamente factible almacenar y transportar acetileno puro a presiones bajas y seguras.
El químico Susumu Kitagawa, Otake y sus colegas en Japón y Francia evaluaron los MOF a base de zinc por su capacidad para almacenar y liberar acetileno de manera segura. Los MOF son materiales porosos hechos de iones metálicos rodeados de moléculas enlazadoras orgánicas. El acetileno se adsorbe en los sitios porosos de los MOF, lo que permite que las moléculas de gas se almacenen densamente a baja presión. Los investigadores prepararon estructuras a base de zinc que contenían enlaces de bencenodicaroxilato y bipiridina y las modificaron con grupos funcionales amino o nitro. Estos ajustes de grupos funcionales se aplican de forma controlada para regular la presión necesaria para introducir el gas y la presión a la que se libera el gas para su uso. Este control permite a los investigadores diseñar de manera predictiva un material adecuado para liberar y usar acetileno en rangos de presión de trabajo predefinidos.
Los investigadores descubrieron que los MOF flexibles podían almacenar grandes cantidades de acetileno a presiones inferiores a 2 bar, sin necesidad de un disolvente. Demostraron la liberación de acetileno a presión ambiental utilizando un pequeño recipiente prototipo en condiciones realistas. La sustancia que contenía los grupos funcionales amino fue particularmente buena, ya que podía liberar el 77% del gas almacenado a presión atmosférica.
«Nuestros hallazgos indican que el acetileno se puede almacenar en cilindros más pequeños a menor presión y en mayores cantidades, hasta 37 veces más que otras soluciones de almacenamiento sin solventes», dice Otaki.
Además, los investigadores descubrieron que podían ajustar la flexibilidad de los materiales con grupos funcionales de una manera que podría hacer que diferentes variaciones fueran adecuadas para el almacenamiento de gas en diferentes condiciones y temperaturas, y adaptar sus MOF al uso final. Planean desarrollar MOF con puertas de presión similares para almacenar otros gases, como dióxido de carbono, oxígeno y metano.
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