气体混合物的前所未有的高选择性吸附在类似罗石的金属有机框架中:一个分子模拟研究

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 化学工程是化学工程的重要组成部分.
• 计算化学计算化学

背景情况:

• 工业气体分离对于合成气,天然气和烟气处理等过程至关重要.
• 金属有机框架 (MOF) 为气体吸附提供可调节的多孔性,但充电框架提供了独特的分离机会.
• 石类金属有机框架 (ZMOFs) 结合了石和MOFs的特征,rho-ZMOF是一个值得注意的例子.

研究的目的:

• 通过分子模拟,研究罗-ZMOF对工业相关气体混合物的气体分离性能 (CO(2) / H(2),CO(2) / CH(4),CO(2) / N(2).
• 在rho-ZMOF框架内描述电荷平衡离子的结合点和移动性.
• 了解这种带电纳米孔状材料中选择性CO2吸附的机制.

主要方法:

• 用分子模拟来模拟rho-ZMOF结构中的气体吸附和分离.
• 该研究确定并分析了离子框架内Na ((+)) 离子的两种类型的结合点.
• 对各种气体混合物的气体选择性在环境温度和压力下计算.

主要成果:

• 在rho-ZMOF中确定了两个不同的Na(+) 离子结合位点,其中I位点表现出更强的框架亲和力和更低的移动性.
• 由于与充电框架和Na2+) 离子的强烈静电相互作用,CO2表现出比其他气体具有优越的吸附性.
• 实现了前所未有的CO2选择性:1800对于CO2 / H2 ,80对于CO2 / CH4和500对于CO2 / N2 .

结论:

• 罗-ZMOF在从工业上重要的气体混合物中分离二氧化碳方面表现出色,超过其他已知的MOF和纳米孔状材料.
• 电荷平衡Na(+) 离子的存在和分布显著影响CO(2) 吸附和选择性.
• 这项研究强调了rho-ZMOF作为一种非常有前途的材料,用于实际的气体分离应用,特别是用于合成气,天然气和烟气处理.