Thesis
Separación de oxígeno y nitrógeno en cianometalatos porosos
Fecha
25/04/2013Registro en:
Zamora Reynoso, Blanca Estela. (2008). Separación de oxígeno y nitrógeno en cianometalatos porosos (Maestría Tecnología Avanzada), Instituto Politécnico Nacional, Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada, Unidad Legaria, México.
Autor
Zamora Reynoso, Blanca Estela
Institución
Resumen
ABSTRACT: The hexacyanometalates and nitroprussides are porous materials where the physical properties can be tuned with relative flexibility combining structural features. Such a modulation of properties is possible through an appropriate combination of both, the molecular block and the assembling metal. The kinetic diameters of the oxygen and nitrogen are quite similar, so it is recommended the finding of more selective porous materials for their separation. A possibility is that based on the quadrupole moment for these molecules, which is significantly different. In the present work three materials of the group of the hexacyanometalates: Cd3[Co(CN)6]2, Zn3[Co(CN)6]2, K2Zn3[Fe(CN)6]2 and a nitroprusside: Co[Fe(CN)5NO] were prepared and evaluated. The obtained solids were characterized from XRD, EDS, SEM, TGA and IR data. The porous framework of this series of coordination polymers is related to systematic vacancies of the building block, [Fe(CN)6]2, [Co(CN)6] or [Fe(CN)5NO], with a network of cavities of about 8.5 Å of diameter communicated by interstitial spaces of ca. 4.5 Å. In the as synthesized materials these cavities remains filled of coordinated and hydrogen bonded water molecules, which can be removed through moderate heating below 100 °C to Cd3[Co(CN)6]2, Zn3[Co(CN)6]2 and Co[Fe(CN)5NO] ,and 150°C for K2Zn3[Fe(CN)6]2. Once the crystal water is removed, a volume is available to be used for small molecules storage and separation. For Cd and Co the cavity has a medium strength electric field gradient able to interact with the quadrupole moment of the O2 and N2 molecules, like Zn K; while for Zn the cavity electric field gradient is very weak, all the interactions are of van der Waals type. The ability of these materials for the oxygen and nitrogen separation was evaluated from adsorption isotherms recorded at two different temperatures (-15 and 0oC) in order to estimated the involved isosteric heats of adsorption and also from gas chromatographic data. The obtained results for O2 and N2 in these four materials are discussed. RESUMEN: Los hexacianometalatos y los nitroprusiatos son materiales porosos en los que es viable modular sus propiedades físicas con relativa flexibilidad combinando rasgos estructurales. La modulación de propiedades es posible a través de la apropiada combinación del bloque molecular y el metal ensamblador presentes en su estructura. Los diámetros cinéticos de oxígeno y nitrógeno son muy similares, por ello, es recomendable encontrar materiales porosos más selectivos para su separación. Esta posibilidad está basada en el momento cuadrupolar de estas moléculas, que es significativamente diferente. En el presente trabajo, tres materiales del grupo de los hexacianometalatos: Cd3[Co(CN)6]2, Zn3[Co(CN)6]2, K2Zn3[Fe(CN)6]2 y un nitroprusiato : Co[Fe(CN)5NO] son preparados y evaluados. Los sólidos obtenidos fueron caracterizados por DRX, EDS, MEB, ATG y espectroscopia de IR. Los enrejados porosos de esta serie de polímeros de coordinación está relacionado con las vacancias sistemáticas del bloque molecular [Fe(CN)6]2, [Co(CN)6] or [Fe(CN)5NO], con ventanas de aproximadamente 5 Å de diámetro comunicadas por espacios intersticiales de 4.5 Å. En el proceso de síntesis de estos materiales esas cavidades fueron ocupadas por aguas coordinadas y moléculas de agua adsorbidas por puentes de hidrógeno, las cuales pueden ser removidas a través de calor moderado, por debajo de los 100°C para Cd3[Co(CN)6]2, Zn3[Co(CN)6]2 and Co[Fe(CN)5NO] ,y 150°C para K2Zn3[Fe(CN)6]2. Una vez que las aguas adsorbidas son removidas, el volumen está disponible para el almacenamiento y separación de pequeñas moléculas. Para Cd y Co la cavidad tiene un gradiente de campo eléctrico medio disponible para interactuar con el momento cuadrupolar de las moléculas de O2 y N2, como para el Zn K; para el complejo de Zn el gradiente de campo eléctrico en la cavidad es muy pequeño, todas las interacciones son de tipo Van der Waals. La habilidad de estos materiales para la separación de oxígeno y nitrógeno son evaluadas a través de isotermas de adsorción a dos diferentes temperaturas (-15 y 0°C) para estimar el calor isostérico de adsorción y también por datos obtenidos a través de cromatografía gaseosa. Los resultados obtenidos para O2 and N2 en estos cuatro materiales son discutidos.