在微孔复合材料中设计聚合物-MOF接口,以解决复杂的混合物分离问题
Wan-Ni Wu1, Katherine Mizrahi Rodriguez2, Naksha Roy1
1Department of Chemical Engineering, Massachusetts Institute of Technology, 77 Massachusetts Avenue, Cambridge, Massachusetts 02139, United States.
ACS applied materials & interfaces
|November 6, 2023
概括
这项研究通过使用兼容的化学物质来增强聚合物-MOF复合膜,提高了气体分离性能和工业条件下的稳定性. 新的膜显示出更好的选择性和抗塑性.
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.
- 聚合物科学 聚合物科学
背景情况:
- 界面兼容性是创建高性能聚合物-金属-有机框架 (MOF) 复合材料的一个主要障碍.
- 使用相容的化学组,如碳酸,可以增强聚合物和MOF之间的相互作用.
研究的目的:
- 使用UiO-66-NH2和碳酸功能化的PIM-1 (PIM-COOH) 来制造混合矩阵膜 (MMMs),以改善气体分离.
- 在工业相关条件下评估这些MMM的性能,评估气体透性,选择性和抗塑性.
主要方法:
- 通过将UIO-66-NH2加入PIM-COOH和PIM-1中来制造MMM.
- 在纯气条件下测试MMM性能,以确定透性和选择性.
- 在混合气体条件下 (CO2/N2,CO2/CH4,H2S/CO2/CH4) 调查MMM的行为,以评估塑化和竞争性吸附效应.
主要成果:
- 基于PIM-COOH的MMM表现出增强的透性,并随着MOF负载的增加保持选择性.
- 在MMM中加入UiO-66-NH2减轻CO2和H2S诱导的塑化.
- 在三元气体混合物中,PIM-COOH MMM 在三元气体混合物中表现出优越的H2S/CH4和CO2/CH4选择性,其性能优于PIM-1 MMM.
结论:
- 选择具有兼容功能组的聚合物和MOF对于开发高性能MMM至关重要.
- 对于具有挑战性的工业气体流,PIM-COOH/UiO-66-NH2 MMM 提供了增强的稳定性和分离性能.
- 该战略为设计用于气体分离应用的先进材料提供了一条途径.
