通过晶体缩小来优化从/乙烯混合物中的痕迹乙烯去除,在一个灵活的金属有机框架中

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.
• 吸附科学 吸附科学

背景情况:

• 金属有机框架 (MOF) 对于气体分离至关重要.
• 优化MOF的性能,以去除微量气体,如乙烯 (C₂H₂) 从乙烯 (C₂H₄),至关重要.
• 晶体大小是MOF气体分离性能中经常被忽视的一个因素.

研究的目的:

• 调查晶体缩小对ZUL-520 MOFs气体分离性能的影响.
• 为了优化从乙/乙烯混合物中去除微量乙.
• 在基于MOF的分离中探索晶体大小,吸附动力学和热力学之间的关系.

主要方法:

• 三种不同尺寸的ZUL-520 MOFs (ZUL-520-0,ZUL-520-1,ZUL-520-2) 的合成.
• 气体吸附异温和对乙和乙烯的动力测量.
• 大法典蒙特卡洛 (GCMC) 模拟和密度函数理论 (DFT-D) 计算.
• 对于C₂H₂/C₂H₄混合物分离的突破性实验.

主要成果:

• 所有激活的ZUL-520 MOFs (ZUL-520a) 在100 kPa时显示出类似的乙吸收,但在1 kPa时随着晶体缩小而增加吸收.
• 最小的ZUL-520-2a与ZUL-520-0a相比,在1kPa时显示出~55%更高的C₂H₂吸收.
• 所有MOF都表现出高C₂H₂/C₂H₄的选择性,而ZUL-520-2a在突破性测试中产生了更高的C₂H₄的生产力.

结论:

• 晶体大小显著影响低压气体吸附和分离的MOF性能.
• 缩小MOF晶体是一个有效的策略,以提高乙烯吸收和分离效率.
• 这项研究提供了一种简单而强大的方法来改进基于MOF的气体吸附分离.