A Scalable Robust Microporous Al‐MOF for Post‐Combustion Carbon Capture

微型多孔材料 金属有机骨架 材料科学 吸附 碳纤维 同步加速器 纳米技术 化学工程 化学 物理化学 复合材料 工程类 核物理学 物理 复合数
作者
Bingbing Chen,Dong Fan,Rosana V. Pinto,Iurii Dovgaliuk,Shyamapada Nandi,Debanjan Chakraborty,Nuria García‐Moncada,Alexandré Vimont,Charles J. McMonagle,Marta Bordonhos,Abeer Al Mohtar,Ieuan Cornu,Pierre Florian,Nicolas Heymans,Marco Daturi,Guy De Weireld,Moisés L. Pinto,Farid Nouar,Guillaume Maurin,Georges Mouchaham
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:11 (21) 被引量:26
标识
DOI:10.1002/advs.202401070
摘要

Abstract Herein, a robust microporous aluminum tetracarboxylate framework, MIL‐120(Al)‐AP, (MIL, AP: Institute Lavoisier and Ambient Pressure synthesis, respectively) is reported, which exhibits high CO 2 uptake (1.9 mmol g −1 at 0.1 bar, 298 K). In situ Synchrotron X‐ray diffraction measurements together with Monte Carlo simulations reveal that this structure offers a favorable CO 2 capture configuration with the pores being decorated with a high density of µ 2 ‐OH groups and accessible aromatic rings. Meanwhile, based on calculations and experimental evidence, moderate host‐guest interactions Q st (CO 2 ) value of MIL‐120(Al)‐AP (−40 kJ mol −1 ) is deduced, suggesting a relatively low energy penalty for full regeneration. Moreover, an environmentally friendly ambient pressure green route, relying on inexpensive raw materials, is developed to prepare MIL‐120(Al)‐AP at the kilogram scale with a high yield while the Metal‐ Organic Framework (MOF) is further shaped with inorganic binders as millimeter‐sized mechanically stable beads. First evidences of its efficient CO 2 /N 2 separation ability are validated by breakthrough experiments while operando IR experiments indicate a kinetically favorable CO 2 adsorption over water. Finally, a techno‐economic analysis gives an estimated production cost of ≈ 13 $ kg −1 , significantly lower than for other benchmark MOFs. These advancements make MIL‐120(Al)‐AP an excellent candidate as an adsorbent for industrial‐scale CO 2 capture processes.
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