Z porowatymi materiałami mamy do czynienia na co dzień - są nimi choćby gąbka, pumeks czy węglowy filtr do oczyszczania wody czy powietrza. To materiały, które zawierają pory - niewielkie przestrzenie, wewnątrz których wiązane mogą być inne substancje - choćby zanieczyszczenia.

Porowate materiały - zwykle w postaci ciał stałych - stosowane są w przemyśle, np. kiedy trzeba rozdzielić mieszaninę składającą się z różnych związków chemicznych lub oczyścić gazy.

Od jakiegoś czasu naukowcy usilnie pracują jednak nad porowatymi cieczami. Mają nadzieję, że takie płynne substancje jeszcze skuteczniej pozwolą selektywnie oddzielać jedne składniki mieszanin od innych.

Być może w niektórych przypadkach wygodniej i bezpieczniej będzie przepuścić filtrowany materiał przez zbiornik wypełniony porowatą cieczą niż przez klasyczne filtry w stanie stałym. Porowatą ciecz - jak liczą naukowcy - będzie też zdecydowanie łatwiej ponownie wykorzystać. Aby bowiem z takiej porowatej cieczy "uwolnić" związane cząsteczki, wystarczy ją po prostu odparować.

Teraz międzynarodowy zespół naukowców (publikacja pod kierunkiem prof. Jonathana Nitschkego z Cambridge ukazała się w "Nature Chemistry" https://www.nature.com/articles/s41557-020-0419-2) zaprojektował i wytworzył porowatą ciecz jonową.

Jej pory są nanometrowej wielkości, mają kształt czworościanu i wykazują się dużą selektywnością w wiązaniu nie tylko strukturalnie różnych substancji w stanie ciekłym (np. izomerów alkoholi), ale również gazowym (np. fluorochlorowęglowodorów, czyli freonów).

W rozmowie z PAP jeden z autorów publikacji, dr hab. Artur Stefankiewicz - profesor z Wydziału Chemii i Centrum Zaawansowanych Technologii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza - wyjaśnia, że umiejętność separacji freonów jest o tyle istotna, że związki z tej grupy są odpowiedzialne w dużej mierze za zjawisko dziury ozonowej.

JAK TO DZIAŁA?

"Dzięki temu, że otrzymany ciekły materiał ma puste i regularne rozmieszczone nanopory o ściśle określonej wielkości, możemy niezwykle selektywnie umieścić w nich związek chemiczny np. cząsteczkę gazu, której kształt i rozmiar najlepiej pasuje do przestrzeni w tych porach" - mówi chemik.

Te niewidzialne gołym okiem wnęki wychwytują nawet bardzo podobne pod względem strukturalnym związki. Dzięki nim można więc rozdzielać cząsteczki o podobnym lub nawet tym składzie chemicznym, ale np. różnym kształcie.

Dzięki opisanej w pracy metodologii można też będzie - jak liczą badacze - łatwo zaadaptować wytworzony materiał porowaty tak, aby wiązał ściśle określony rodzaj cząsteczek. Pory te stanowią dobrze znane kompleksy koordynacyjne zbudowane z organicznych cząsteczek i jonów metali.

Prof. Stefankiewicz mówi, że można będzie tak zaprojektować wielkość i kształt ciekłych porów, by pasowała do nich np. wybrana cząsteczka katalizatora. "Katalizatory używane w przemyśle do przeprowadzania procesów chemicznych są z reguły drogie. Dąży się, aby używać ich w jak najmniejszej ilości i w miarę możliwości wielokrotnie. Porowate ciecze mogłyby potencjalnie znaleźć zastosowanie w wyłapywaniu z mieszaniny poreakcyjnej np. cząsteczek katalizatora" - tłumaczy chemik.

Rozmówca PAP - wraz z doktorantką Anną Walczak - w ramach badań przedstawionych w „Nature Chemistry” byli odpowiedzialni za syntezę organicznych elementów składających się na kompleks porowatej cieczy.

"Tego typu struktury są bardzo interesującą alternatywą dla materiałów porowatych w postaci stałej" - podsumowuje naukowiec.

PAP - Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

lt/ agt/