Ученые НИЦ "Курчатовский институт" в составе исследовательской группы получили материал с уникальными адсорбционными свойствами. Новый сорбент чрезвычайно эффективен для разделения смеси бензола и циклогексана, причем селективность (избирательность)этого процесса гораздо выше, чем у других гибридных пористых материалов. Это свойство делает его перспективным для фармацевтической, лакокрасочной и полимерной индустрии. Результаты совместных исследований российских научных коллективов были опубликованы в высокорейтинговом журнале JACS.
Новый сорбент, полученный учеными, принадлежат к классу металлорганических каркасных структур, чаще именуемых МОКами. Их уникальность заключается в том, что, выбирая нужные органические и неорганические составляющие, можно получать гибридные структуры с различными размерами и геометрией пор, а также с управляемой химией поверхности. Таким образом, можно создавать материалы с заданными адсорбционными свойствами: нужная молекула будет избирательно "улавливаться" МОКом из-за идеального соответствия ее размеров размерам пор и фиксироваться за счет своего сродства к функциональным группам, присутствующим на поверхности.
Руководствуясь этими принципами, ученые синтезировали новый МОК на основе цинка и карбоновой кислоты. На оборудовании Курчатовского комплекса синхротронно-нейтронных исследований были получены данные о кристаллической структуре материала.
После обнаружения у МОКа способности избирательно адсорбировать бензол ученые вновь использовали синхротрон, теперь уже для объяснения этого взаимодействия.
"Полученный сорбент демонстрирует высочайшую селективность разделения жидкой смеси бензол/циклогексан. Он способен адсорбировать 92 молекулы бензола на 1 молекулу циклогексана, тогда как до этого для координационных полимеров наилучшим был показатель в 32 молекулы бензола на 1 молекулу циклогексана, - пояснил инженер-исследователь Курчатовского комплекса синхротронно-нейтронных исследований НИЦ "Курчатовский институт" Владимир Лазаренко. - Причина такой избирательности обусловлена структурными особенностями МОКа. С помощью синхротрона удалось идентифицировать участки внутренней поверхности материала, задействованные в процессе адсорбции бензола".
Металлорганические координационные полимеры, также именуемые металлорганическими каркасными структурами, представляют собой пористые материалы нового поколения с управляемыми структурными и физико-химическими свойствами. Сейчас они активно исследуются ввиду своего мощного потенциала в таких областях как катализ и водородная энергетика.
Циклогексан задействован в производстве ряда органических соединений, химических волокон, применяется в качестве растворителя лаков, красок, восков, эфирных масел, а также используется в фармацевтической промышленности. Ключевым этапом очистки циклогексана является его отделение от бензола – токсичного и канцерогенного вещества. В этой связи поиск материалов, способных эффективно разделить смесь этих углеводородов, очень актуален.
Работа проводилась учеными Курчатовского института совместно с исследователями Новосибирского государственного университета, Института неорганической химии им. А. В. Николаева (СО РАН) и Российского университета дружбы народов.