بررسی نقش چارچوب‌های فلوئوردار در جداسازی‌ گاز‌ها

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما، پیشرفت‌های قابل توجهی در فناوری جذب مبتنی بر MOF‌ها با بازده بالا و انرژی کم به عنوان جایگزین مناسب برای جداسازی گاز‌های حیاتی صورت گرفته است. این نوآوری‌ها زمانی آشکار می‌شوند که مواد متخلخل با مکانیسم‌های جداسازی هیبریدی (سینتیکی و ترمودینامیکی) طراحی شوند که عملکرد قابل‌توجهی در جداسازی گاز از خود نشان می‌دهند. مهمتر از آن، مواد متخلخل این پیشرفت را مدیون پیشرفت‌های قابل توجه در کنترل اندازه منافذ و شیمی منافذ هستند. با این حال، از دیدگاه صنعتی، MOF‌ها هنوز نیاز به ارزیابی بیشتری دارند. با حرکت به سمت صنعتی شدن، الزامات بسیار مهمی برای گذار از روش‌های سنتی انرژی­‌بر مانند تقطیر برودتی به جداسازی مبتنی بر جاذب با انرژی کارآمد وجود دارد. این الزامات شامل هزینه‌های تولید بالا، پایداری (شیمیایی، حرارتی و مکانیکی)، اثرات نامطلوب زیست‌محیطی استفاده از حلال‌های آلی، ارتباط معکوس بین ظرفیت جذب و گزینش‌پذیری، قابلیت بازیافت MOF و شکل دادن به پودر آن‌هاست.
چارچوب‌های فلزی-آلی فلوئوردار (F-MOFs) به عنوان مواد متخلخل با رشد سریع، به دلیل منافذ قابل تنظیم، ویژگی‌های شیمیایی جذاب و پایداری عالی، حوزه جداسازی گاز را متحول کرده‌اند. درک عمیق ساختار-عملکرد برای سنتز و توسعه F-MOF‌های جدید بسیار حیاتی است. در این مقاله مروری بر چندین راهبرد برای طراحی دقیق و سنتز F-MOF‌های جدید با ساختار‌های تنظیم شده برای اهداف جداسازی گاز خاص تمرکز شده است. رشد سریع تعداد مطالعات در این زمینه، به ویژه پس از سال ۲۰۱۸، اهمیت این مواد متخلخل را در کاربرد‌های جداسازی گاز آشکار می‌کند. مهمتر از همه، مطالعه دقیق موقعیت F-MOFs در جذب گاز ضروری است. نتایج تجزیه و تحلیل در این مقاله نشان داد که عملکرد جداسازی F-MOF‌ها بر روی بیشتر جداسازی صنعتی گاز‌های مهم متمرکز بوده است. بر اساس این نتایج مشخص شد که F-MOF‌ها مواد معیار در بیشتر جداسازی‌های چالش برانگیز گاز‌ها هستند. چشم‌انداز و جهت‌گیری‌های آینده علم و مهندسی F-MOF‌ها و چالش‌های آن‌ها برای مقابله با مسائل مربوط به غلبه بر مبادله بین ظرفیت/تراوایی و گزینش‌پذیری برای یک حرکت جدی به سمت صنعتی شدن برجسته شده است.
در مورد جداسازی غشایی گازها، بیشتر غشا‌های ساخته شده با F-MOF‌ها یا به حد بالایی تجاری رسیده‌اند یا از آن فراتر رفته‌اند. پیشرفت در جاذب‌های F-MOF می‌تواند چالش‌های اقتصادی عمده فرآیند‌های جداسازی سنتی را نیز برطرف کند، به‌ویژه در مواردی که فشار گاز خوراک پایین این فرآیند‌ها را غیراقتصادی می‌کند، این جاذب‌های پیشرفته با دستیابی به خلوص/ظرفیت بالا مشکل را حل می‌کنند. در نهایت، فرآیند‌های جذب و غشایی مبتنی بر F-MOF ها، علی‌رغم چالش‌های بالقوه فراوان، قطعاً می‌توانند بسیاری از مشکلات کنونی، به ویژه در مصرف انرژی جهانی جداسازی گاز‌ها را حل کنند. باوجود پیشرفت‌های قابل توجه در توسعه F-MOF ها، آن‌ها همچنان با برخی از مشکلات اساسی که برای صنعتی‌سازی MOF‌های دیگر وجود دارد، مواجه هستند. با این حال، F-MOF‌ها بر برخی از این مشکلات غلبه کرده‌اند، مانند ظرفیت جذب گاز کم، پایداری ضعیف آب و انرژی زیاد برای احیا. از این رو، جامعه علمی و صنعت همچنان نیاز به همکاری موثر برای انتقال این مواد از آزمایشگاه به صنعت دارند.
نتایج این پژوهش را که دکتر آبتین عبادی و دکتر حمیدرضا سنایی‌پور از اعضای هیات‌علمی گروه مهندسی شیمی دانشگاه اراک با همکاری دانشمندانی از دانشگاه کوردوبا و دانشگاه پلی تکنیک والنسیا از کشور اسپانیا و دانشگاه تگزاس در سن آنتونیو آمریکا در سال ۲۰۲۲ میلادی به انجام رسانده اند در شماره اخیر مجله‌ Chemical Society Reviews با ضریب تاثیر ۶۰٫۶۱۵  به چاپ رسیده است.
برای مشاهده جزئیات این پژوهش، لینک مقاله را کلیک نمایید.