Adsorption of Ethane, Ethylene, Propane, and Propylene on a Magnesium-Based Metal–Organic Framework

丙烷 吸附 乙烯 无机化学 化学 丙烯 金属 金属有机骨架 碳氢化合物 化学工程 有机化学 材料科学 催化作用 工程类
作者
Zongbi Bao,Sufian Alnemrat,Liang Yu,Igor Vasiliev,Qilong Ren,Xiuyang Lü,Shuguang Deng
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:27 (22): 13554-13562 被引量:310
标识
DOI:10.1021/la2030473
摘要

Separation of olefin/paraffin is an energy-intensive and difficult separation process in petrochemical industry. Energy-efficient adsorption process is considered as a promising alternative to the traditional cryogenic distillation for separating olefin/paraffin mixtures. In this work, we explored the feasibility of adsorptive separation of olefin/paraffin mixtures using a magnesium-based metal-organic framework, Mg-MOF-74. Adsorption equilibria and kinetics of ethane, ethylene, propane, and propylene on a Mg-MOF-74 adsorbent were determined at 278, 298, and 318 K and pressures up to 100 kPa. A dual-site Sips model was used to correlate the adsorption equilibrium data, and a micropore diffusion model was applied to extract the diffusivities from the adsorption kinetics data. A grand canonical Monte Carlo simulation was conducted to calculate the adsorption isotherms and to elucidate the adsorption mechanisms. The simulation results showed that all four adsorbate molecules are preferentially adsorbed on the open metal sites where each metal site binds one adsorbate molecule. Propylene and propane have a stronger affinity to the Mg-MOF-74 adsorbent than ethane and ethylene because of their significant dipole moments. Adsorption equilibrium selectivity, combined equilibrium and kinetic selectivity, and adsorbent selection parameter for pressure swing adsorption processes were estimated. The relatively high values of adsorption selectivity suggest that it is feasible to separate ethylene/ethane, propylene/propane, and propylene/ethylene pairs in a vacuum swing adsorption process using Mg-MOF-74 as an adsorbent.
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