超微型功能化的UiO-66纳米粒子/聚合物Pebax 1657薄膜纳米复合物膜,以实现最佳的CO2分离
Lidia Martínez-Izquierdo1,2, Cristina García-Comas1,2, Shan Dai3
1Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), Universidad de Zaragoza-CSIC, Zaragoza 50018, Spain.
ACS applied materials & interfaces
|January 12, 2024
概括
在聚合物膜中嵌入的超小金属有机框架纳米粒子显著增强了二氧化碳的分离. 功能化纳米粒子提高了CO2透率和对CO2/N2和CO2/CH4气体混合物的选择性.
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.
- 纳米技术纳米技术
背景情况:
- 开发高效的隔离气体膜对于环境和工业应用至关重要.
- 金属有机框架 (MOF) 为气体分离膜提供可调节的特性.
- 基于聚合物的纳米复合材料膜显示出有前途,但需要性能优化.
研究的目的:
- 为了制造薄膜纳米复合材料 (TFN) 膜使用超微小的UiO-66 (奥斯陆大学-66) MOF纳米粒子.
- 研究连接体功能化 (氨基和基) 对TFN膜中MOF性能的影响.
- 评估这些TFN膜在CO2/N2和CO2/CH4气体分离中的性能.
主要方法:
- 超微小 (4-6 nm) UiO-66 MOF纳米粒子的制备.
- 将UiO-66纳米粒子嵌入Pebax 1657聚合物矩阵中,以形成TFN膜.
- 用氨基 (-NH2) 和 (-NO2) 基对UiO-66的功能化.
- 对CO2/N2和CO2/CH4混合物的气体分离性能测试.
主要成果:
- UiO-66-NH2纳米粒子显著改善了CO2/N2分离的CO2透率 (53%的增加).
- UiO-66-NO2纳米粒子提高了17%的CO2/N2选择性,尽管CO2透率下降.
- ZIF-94和UIO-66-NO2MOF的协同效应保持了高的CO2/N2选择性,同时增加了CO2透率.
- UiO-66-NH2 TFN 膜显示了 CO2 / CH4 分离 (245 GPU) 的 CO2 透率得到改善.
结论:
- UiO-66 MOFs的联体功能化是一种有效的策略,可以提高TFN膜中的气体分离性能.
- 功能组和MOF负载的选择会影响不同气体对的分离效率.
- 结合功能化MOF的TFN膜显示出工业二氧化碳捕获和分离的巨大潜力.
