Voor de beste ervaring schakelt u JavaScript in en gebruikt u een moderne browser!
Je gebruikt een niet-ondersteunde browser. Deze site kan er anders uitzien dan je verwacht.

Efficiënte scheiding van hexaanisomeren in Science publicatie

Nieuw materiaal kan van belang zijn voor benzineproductie

23 mei 2013

Een nieuw 'metal organic framework' (MOF) blijkt onderscheid te kunnen maken tussen isomeren van hexaan. Wetenschapsblad Science publiceert deze week over onderzoek waaraan professor Rajamani Krishna van het Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences (UvA) bijdroeg met computersimulaties. Het nieuwe materiaal kan de productie van benzine verbeteren.

Een belangrijke stap in de productie van benzine is het verwijderen van 'slecht brandende' hexaanmoleculen. Hexaanmoleculen bevatten altijd zes koolstofatomen, maar die kunnen op verschillende wijze aan elkaar verbonden zijn. Soms liggen de atomen netjes op een rijtje - een lineair molecuul - maar vaak heeft een hexaanmolecuul een vertakte structuur. Met een T-vorm, of nog ingewikkelder. Hoe sterker de vertakking van de hexaamoleculen, hoe beter de benzine kan verbranden.

Benzineproducenten krijgen dus betere benzine als ze de lineaire hexaanmoleculen verwijderen. Dat doen ze dan ook, met een soort filter uit poreus keramisch materiaal (zeoliet).  Maar dat kan beter. Licht vertakte hexanen zijn ze namelijk óók liever kwijt dan rijk.

Unieke geometrie

Het onderzoek dat deze week in Science wordt gepubliceerd biedt hen naar alle waarschijnlijkheid die mogelijkheid. Het betreft een zogenaamd metal-organic framework (MOF) met de formule Fe2(BDP)3. Hoogleraar Rajamani Krishna van het Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences (HIMS) en zijn voormalige promovendus Jasper M. van Baten droegen aan het onderzoek bij met computersimulaties. Experimenteel onderzoek vond plaats bij de onderzoeksgroep voor anorganische chemie bij de Universiteit van California in Berkeley (Verenigde Staten) onder leiding van professor Jeffrey R. Long. Daarnaast waren groepen uit Polen en Italië bij het internationale onderzoeksproject betrokken. 

Een metal organic framework is een kristallijn materiaal waarin metaalionen samen met organische moleculen een poreuze structuur vormen. Afbeelding B geeft een 'kijkje' door de poriën van de MOF uit het beschreven onderzoek. De oranje, blauwe en grijze bolletjes staan voor respectievelijk ijzer- (Fe), stikstof- (N) en koolstofatomen (C). Bij A is de structuur weergegeven van de organische moleculen die het 'bouwmateriaal' voor de wanden van de poriën vormen. Afbeelding C geeft ijzerhoudende ketens weer die (in de lengterichting van de porie) deze wanden bij elkaar houden. (Image: Science Magazine | AAAS)

Het grote voordeel van MOF's ten opzichte van zeolieten (en veel andere poreuze materialen) is de grotere variëteit in mogelijke poriegeometrieën.  Zo beschikt de Fe2(BDP)3 MOF over kanalen met een driehoekige doorsnede, dus met scherpe hoeken tussen de poriewanden. Bij zeolieten zijn die hoeken altijd stomp. Met name als gevolg daarvan is de MOF beter in staat om onderscheid te maken tussen de verschillende vertakte hexaanvarianten.

In een in Science beschreven laboratoriumexperiment werd duidelijk dat het materiaal niet alleen onderscheid kan maken tussen lineaire en vertakte hexanen, maar ook tussen hexanen met maar één en met twee vertakkingen. Dit is een veelbelovend resultaat in het licht van de industriële benzineproductie.

Resultaat van computersimulaties van de hexaanscheiding met behulp van de driehoekige MOF kanalen.

Publication

Zoey R. Herm, Brian M. Wiers, Jarad A. Mason, Jasper M. van Baten, Matthew R. Hudson, Pawel Zajdel, Craig M. Brown, Norberto Masciocchi, Rajamani Krishna, Jeffrey R. Long Separation of Hexane Isomers in a Metal-Organic Framework with Triangular Channels Science, 24 May 2013, vol. 340 no. 6135, 960-964. DOI: 10.1126/science.1234071