Rechnergestütztes Design flexibler MOFs für die Trennung von Kohlenwasserstoffen.

• Antragsteller: Mikhail Suyetin, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448235795

Die Auftrennung von Kohlenwasserstoffgemischen, insbesondere Ethylen/Ethan, Propylen/Propan, Xylenisomere, ist aufgrund der ähnlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften der Molekule ein hochgradig herausforderndes Trennproblem. Die im industriellen Maßstab angewandten thermischen Trennverfahren sind anlagenintensiv und verbrauchen zusätzlich große Mengen an Energie. Auf membranbildenden Trägern abgeschiedene formselektive Strukturen, wie z.B. metallorganische Gerüstverbindungen (engl.: metal-organic frameworks, MOFs), haben ein großes Potenzial, diesen Energieaufwand drastisch zu reduzieren und gleichzeitig eine vollständige Trennung der Gemische zu erreichen.In diesem Projekt strebe ich an, mittels „computational screening“ die besten MOFs aus verschiedenen Datenbanken auszuwählen. Dazu werde ich auf Grundlage der “CoRE MOF“-Datenbank ein Modell entwickeln, mit dem eine Vorabprüfung potentieller MOF Strukturen mit geringem Rechenaufwand durchgeführt werden kann. Dieses Modell wird mithilfe Multivariater Datenanalyse trainiert, um verborgene Struktur-Eigenschafts-Beziehungen zu finden, und anschließend auf einem großen chemischen Raum von mehr als 500.000 MOFs angewendet. Die besten 1000 MOFs werden anschließend mit Moleküldynamik-Berechnungen und Monte-Carlo-Simulationen gründlich hinsichtlich ihrer Eignung für die Trennung bestimmter Kohlenwasserstoffgemische (Ethylen/Ethan, Propylen/Propan, Xylenisomere usw.) untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen