サイクレン基立方Zr (IV) メタル・オーガニック・フレームワークでXE/Kr分離を促進するプログラムされた偏極化工学

科学分野:

• 材料科学
• 化学工学
• 分離科学

背景:

• クセノン (Xe) とクリプトン (Kr) の効率的な分離は,真空スイング吸収 (VSA) のようなプロセスにおけるエネルギー消費を減らすために不可欠です.
• XeとKrの類似した性質は,従来の方法を使用して選択的な分離を困難にします.

研究 の 目的:

• Xe/Krを選択的に分離できる新しい金属有機フレームワーク (MOF) の開発.
• ガス分離のためのMOFにおけるフレームワークの極化性のプログラム可能なエンジニアリングのための戦略を実証する.

主な方法:

• 立方体ジルコニウムベースのMOFプラットフォームの合成,NU-1107,テトラデントートサイクレンコア.
• 合成後のNU-1107を移行金属イオン,特にAg ((I)) でメタリングしてNU-1107-Ag ((I)) を生成する.
• Xe/Kr分離性能の評価 ガス吸収測定と理想的吸収溶液理論 (IAST) の予測を用いて
• 密度関数理論 (DFT) の計算とプロピレン/プロパン分離の試験による検証

主要な成果:

• NU-1107-Ag ((I) は,合成された金属ドックされたMOFの中で最も強いフレームの極化性を示した.
• IASTで予測された高い選択性は,298Kと1.0barで20:80v Xe/Kr混合物で13.4を達成した.
• ポルフィリンベースのMOFと比較してXe/Kr分離性能が優れていることが実証され,サイクレンコアとAg (I) 種に起因する.
• C3H6/C3H8分離にフレームワークの分極性制御戦略を成功裏に適用した.

結論:

• Zr-MOF,特にNU-1107-Ag ((I) のフレームの極化性の合成後のエンジニアリングは,非常に選択的なXe/Kr分離を可能にします.
• サイクレンコアと低値Ag ((I) 種は,フレームの極化性と分離性能を高めるための鍵です.
• この一般化可能な戦略は,標的型ガス分離のためのカスタマイズされた多孔性の材料を設計するための経路を提供します.