Highly Efficient Separation of CH4/C2H6/C3H8 from Natural Gas on a Novel Copper-Based Metal–Organic Framework

丙烷 吸附 选择性 甲烷 碳氢化合物 化学 金属 金属有机骨架 多孔性 分析化学(期刊) 材料科学 化学工程 物理化学 催化作用 有机化学 工程类
作者
Danxia Lin,Shi Tu,Liang Yu,Yinuo Yuan,Ying Wu,Xin Zhou,Zhong Li,Qibin Xia
出处
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research [American Chemical Society]
卷期号:62 (12): 5252-5261 被引量:22
标识
DOI:10.1021/acs.iecr.2c04286
摘要

The separation of light hydrocarbons like methane, ethane, and propane is an important section of the chemical industry. Herein, we reported a novel porous metal–organic framework (MOF) Cu-IPA and investigated its CH4/C2H6/C3H8 separation performance, particularly for efficient capture of C2H6 and C3H8 at low concentrations. Cu-IPA featured 1D hexagonal channels and triangular channels decorated with extensive oxygen atoms. It showed high C2H6 and C3H8 capacities in the low-pressure region, where C3H8 uptake at 5 kPa was 1.62 mmol/g and C2H6 uptake reached 1.33 mmol/g at 10 kPa, suggesting the strong adsorption affinities toward C2H6 and C3H8. For an equimolar C2H6/CH4 mixture, Cu-IPA exhibited a considerable IAST selectivity of 40, exceeding most reported MOF adsorbents. Excellent CH4/C2H6/C3H8 separation performance for Cu-IPA can be attributed to its appropriate pore size and abundant accessible oxygens atoms in the triangular channel. The molecular simulation revealed that Cu-IPA tended to form stronger C–H···O interactions with C2H6 and C3H8 due to the higher polarizabilities, resulting in larger interaction differences between C2H6/CH4 and C3H8/CH4. Breakthrough tests also supported the excellent dynamic separation performance and recyclability of Cu-IPA.
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