Advancing High‐Performance Mixed Matrix Membrane via Magnetically Aligned Polycrystalline Co0.5Ni0.5FeCrO4 Magnetic Spinel Nanoparticles for Effective H2/CO2 and O2/N2 Gas Separation

材料科学 选择性 纳米颗粒 气体分离 化学工程 尖晶石 磁性纳米粒子 纳米技术 冶金 有机化学 遗传学 生物 工程类 催化作用 化学
作者
Saeed Ashtiani,Jalal Azadmanjiri,Nguyen Vu Hong,Jana Floreková,Chhbilal Regmi,Zdeněk Sofer,Mehdi Khoshnamvand,Karel Friess
出处
期刊:Advanced Materials Interfaces [Wiley]
卷期号:9 (35) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/admi.202201351
摘要

Abstract Gas separation matrix membranes (MMMs) benefit from a combination of a polymer matrix and heterogeneous solid or liquid (nano) additives. However, improvements in mechanical strength of membrane permeability or gas selectivity are often overbalanced by morphological deficiencies, such as aggregation or sedimentation of the nanofiller, due to poor control at the nano level. Here, the controlled orthogonal magnetic field deposition of self‐invented spinel Co 0.5 Ni 0.5 FeCrO 4 magnetic nanoparticles (SMNPs) into the cellulose triacetate (CTA) results in well‐defined gas transport pathways in the membrane and enhances gas separation performances by expanding the effective‐selective surface area. Contrariwise, the structural observation of the fabricated MMMs in the absence of the magnetic field shows precipitation and aggregation of the particles at the bottom of the membrane. The permeability and selectivity of the H 2 /CO 2 and O 2 /N 2 gas pairs surpass the 2008 and 2015 Robeson upper bounds for the controlled embedding of the SMNPs series (up to 15 wt.%) while the neat CTA or MMM with a random non‐controlled SMNPs distribution exhibits substantially lower permeability and selectivity values. This work contributes to the development of magnetic field casting as a facile technique that advances the gas transport properties of MMMs, efficient for air separation.

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