有效的C₂H₂/CO₂ 在记录C₂H₂存储密度的超微孔金属有机框架中的分离

科学领域:

• 材料科学
• 化学工程
• 分离科学

背景情况:

• 乙 (C2H2) 与二氧化碳 (CO2) 的物理分离至关重要,但由于相似的物理性质而具有挑战性.
• 现有的方法通常集中在开放的金属部位上,在金属-有机框架 (MOF) 中对有机元件的网状操纵的探索较少.

研究的目的:

• 开发新的超微孔性性MOF,以有效吸收C2H2和分离C2H2/CO2.
• 研究网状合成对气体分离的MOF性能的影响.

主要方法:

• 通过结合氨基和基功能,对同结构的超微孔性利MOF,MOF-NH2和MOF-OH进行网状合成.
• 气体吸附测量以确定使用理想吸附溶液理论 (IAST) 的C2H2吸收和C2H2/CO2选择性.
• 多循环突破实验和密度功能理论 (DFT) 计算以验证分离效率和理解吸附机制.

主要成果:

• 在环境条件下,MOF-OH的C2H2储存密度达到0.81g mL-1.
• 对于C2H2/CO2,MOF-OH的IAST选择性几乎是MOF-NH2的两倍.
• 这两种MOF对C2H2的吸附度显著低 (16.7-17.5kJmol-1),是有效的刚性C2H2吸附剂中最低的.
• MOF-OH显示出极好的热水稳定性 (能够在沸水中存活1周) 和可扩展性.

结论:

• 在MOF中对有机成分进行网状操纵是增强C2H2/CO2分离的可行策略.
• 由于其高性能,稳定性和可扩展性,MOF-OH为工业乙烯捕获和分离提供了有前途的材料.