Ученые разработали метод безопасного хранения опасных газов

Легковоспламеняющиеся газы, используемые промышленностью, можно более безопасно хранить в баллонах, содержащих пористые координационные полимеры (PCP), иначе называемые металлоорганическими каркасами (MOF), установили ученые из Японского института интегрированных наук о клеточных материалах (iCeMS) и инновационного кампуса Air Liquide в Токио, сообщает 22 апреля пресс-служба iCeMS.

Исследователи разработали соответствующий материал для хранения газа. Статья с результатами их работы была опубликована в журнале Nature Chemistry.

В ней они указывают, что безопасное хранение легковоспламеняющихся газов, таких как ацетилен, необходимо для современных промышленных целей, таких как сварка, резка металлов и органический химический синтез.

При этом, объясняет химик по материалам iCeMS Кен-ичи Отаке, «хранение ацетилена проблематично, так как это необходимо делать в диапазоне давления и температуры, которые не позволяют ему взорваться». Тогда как он легко воспламеняется при комнатной температуре и самопроизвольно воспламеняется при повышении давления более 2 бар (меньше, чем давление в автомобильной шине).

Сейчас ацетилен принято хранить в баллонах, растворенным в ацетоне, что позволяет хранить ацетилен при высоком давлении, но растворитель может загрязнять газ. Однако и хранить, и транспортировать чистый ацетилен при более низком давлении экономически невыгодно.

Химики iCeMS Сусуму Китагава, Отаке и их коллеги из Японии и Франции предложили вариант хранения и выделения ацетилена с использованием MOF на основе цинка. MOF — это пористые материалы, состоящие из ионов металлов, окруженных органическими молекулами. Ацетилен адсорбируется на пористых участках MOF, позволяя плотно хранить молекулы газа при низком давлении.

Исследования помогли им подобрать соответствующие органические молекулы — линкеры, которые они модифицировали амино- или нитрофункциональными группами. Эти модификации функциональных групп применялись для регулирования давления, необходимого для введения газа в поры MOF, и давления, при котором газ высвобождается для использования.

Эксперименты показали, что разработанные ими MOF могут хранить большое количество ацетилена при давлении ниже 2 бар без растворителя. Выделение ацетилена при атмосферном давлении они осуществляли в реальных условиях с использованием небольшого сосуда-прототипа.

Лучшие характеристики продемонстрировал материал с функциональными аминогруппами — он высвобождал 77% хранимого газа при атмосферном давлении.

«Наши результаты показывают, что ацетилен можно хранить в меньших баллонах при низком давлении и в больших количествах, до 37 раз больше, чем в других решениях для хранения, не содержащих растворителей», — констатировал Отаке.

Кроме того, оказалось, что гибкость материала можно настраивать с помощью функциональных групп таким образом, чтобы они подходили для хранения газа в различных условиях и температурах. Исследователи намерены разработать аналогичные MOF для хранения других газов, например, кислорода, углекислого газа и метана.