一个装瓶式策略:在MOF孔内交叉连接氨基和环氧化物以提高CO2捕获性能
Jordi Espín1, Anita Justin1, Alexandre Hueber1
1Institute of Chemical Sciences and Engineering, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Sion, CH-1951, Switzerland.
Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.)
|September 1, 2025
概括
一种新的"瓶中的船"方法可以制造金属有机框架 (MOF) 聚合物复合物,以有效捕获碳. 最好的复合材料具有很高的二氧化碳容量和选择性,在100个循环中具有很好的稳定性.
科学领域:
- 材料科学
- 化学工程
- 环境科学
背景情况:
- 燃烧后的碳捕获对于缓解气候变化至关重要.
- 金属有机框架 (MOF) 为气体吸附提供了很大的表面积.
- 用氨基酸浸MOF可以增强二氧化碳的捕获,但通常会受到氨基酸浸的影响.
研究的目的:
- 开发一种"装瓶式"现场聚合技术,用于制造强大的MOF聚合物复合材料.
- 评估这些复合材料的碳捕获性能,重点关注二氧化碳容量,选择性和稳定性.
- 调查环氧化物交叉连接在防止氨基溶解和改善循环利用性方面的作用.
主要方法:
- 通过在Cr-BDC (MIL-101Cr) MOF的毛孔中与环氧化物 (三甲基三糖乙烯 (TMPTE) 和1,3-丁二氧化物 (BDE)) 交联四种不同的MOF聚合物.
- 在各种条件下评估二氧化碳捕获性能,包括二氧化碳容量,二氧化碳选择性,同质吸附热量和动力突破时间.
- 通过100个温度波动吸附/脱吸周期评估材料的稳定性和循环性.
主要成果:
- Cr-BDC-TAEA-BDE (分支线性) 复合物表现出优异的性能:在0.15巴和313K时的CO2容量为2.2mmolg-1,CO2/N2选择性为301,同质热量为-110kJmol-1.
- 这种复合材料的突破性能很好,N2/CO2分离时间为103分钟/g (干燥) 和143分钟/g (潮湿).
- 所有四种MOF聚合物复合材料在100个吸附/脱附周期后都显示出最小的氨基液和降解,显著优于非交叉连接的对应物.
结论:
- "装瓶式"现场聚合是一种有效的策略,用于制造稳定且高性能的MOF聚合物复合材料以捕获碳.
- 氧化物交叉连接对于抑制氨基液和增强基于MOF的吸附剂的循环能力至关重要.
- 开发的Cr-BDC-TAEA-BDE复合材料是有效且持久的燃烧后二氧化碳捕获应用的有希望的材料.
