检索结果-南通市图书馆

Engineering 2023年第4期23卷 56-63,M0004页

作者： Shikai Xian Junjie Peng Haardik Pandey Timo Thonhauser Hao Wang Jing Li Hoffmann Institute of Advanced Materials Shenzhen PolytechnicShenzhen 518055China Department of Chemistry and Chemical Biology Rutgers UniversityPiscatawayNJ 08854USA School of Chemistry and Chemical Engineering South China University of TechnologyGuangzhou 510640China Department of Physics&Center for Functional Materials Wake Forest UniversityWinston-SalemNC 27109USA

开发高吸附量和选择性的高效吸附剂,用于天然气中C_(2)H_(6)和C_(3)H_(8)的分离和回收,是一项重要且具有挑战性的任务。在本研究中,我们证明高表面极性和合适的孔径直径是协同增强分离性能的两个关键因素,以金属-有机框架(MOF)-303和Mat... 详细信息

开发高吸附量和选择性的高效吸附剂,用于天然气中C_(2)H_(6)和C_(3)H_(8)的分离和回收,是一项重要且具有挑战性的任务。在本研究中,我们证明高表面极性和合适的孔径直径是协同增强分离性能的两个关键因素,以金属-有机框架(MOF)-303和Matériaux de l'Institut Lavoisier(MIL)-160为例,它们都具有高杂原子密度和所需孔径大小(5~7Å)的一维开放通道。值得注意的是,MOF-303对C_(3)H_(8)的吸附量在298 K和5 kPa时达到了3.38 mmol·g^(−1),与所有已报道的MOFs相比,C_(3)H_(8)/CH4(5:85,v/v)的理想吸附溶液理论(IAST)选择性达到了创纪录的5114。此外,MOF-303还显示出高C_(2)H_(6)吸附量(在10 kPa时)和C_(2)H_(6)/CH4(10:85,v/v)选择性,分别达到1.59 mmol·g^(−1)和26。由于其一维通道内较大的孔径直径和较低的杂原子密度,与MOF-303相比,MIL-160的吸附量和选择性显然更低,尽管这些值超过了大多数报道的MOFs。密度泛函理论(DFT)计算验证了高表面极性和合适的孔径直径协同增强了框架对C_(3)H_(8)和C_(2)H_(6)的亲和力,导致了对C_(3)H_(8)和C_(2)H_(6)的高负载能力和选择性。两种MOFs都具有显著的湿度稳定性,在暴露于95%相对湿度(RH)一个月后没有结构变化。此外,通过一锅反应可以轻松地扩大合成这两种化合物,以获得高结晶度的约5 g样品。最后,通过三元突破实验、再生测试和循环评估,展示了MOF-303和MIL-160作为高级吸附剂,用于高效分离C_(3)H_(8)/C_(2)H_(6)/CH4的巨大潜力。优异的分离性能、高稳定性、低成本和良好的可扩展性,使得这两种MOFs成为天然气净化及C_(2)H_(6)和C_(3)H_(8)回收的有前途的吸附剂。

关键词： Metal-organic framework hydrocarbon adsorption and separation Selectivity Stability Scale-up synthesis

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