Tröger 's base mixed matrix membranes for gas separation incorporating NH2-MIL-53(Al) nanocrystals

气体分离 巴勒 溶解度 选择性 化学工程 微型多孔材料 渗透 聚合物 促进扩散 材料科学 增塑剂 高分子化学 吸附 分子 化学 有机化学 催化作用 工程类 生物化学
作者
Yanfang Fan,Cong Li,Xiaosa Zhang,Xiaomei Yang,Xingyu Su,Hai‐Mu Ye,Nanwen Li
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:573: 359-369 被引量:53
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2018.12.004
摘要

The rigid Tröger's base microporous polymers were utilized to fabricate mixed matrix membranes with NH2-MIL-53 (Al) nanocrystals. Such N containing polymers have the ability to interact with NH2-MIL-53 (Al), therefore yielding transparent, robust, and plasticization–resistant hybrid membranes. The resulting membranes show a remarkable increase in gas permeability up to 3 times as a result of improved gas diffusivity and solubility without the selectivity loss. Much more improvements in CO2 solubility arise from the presence of CO2-adsorbing sites in Tröger's base polymers and the CO2-selective adsorption properties of NH2-MIL-53 (Al), correspondingly leading to increased CO2 solubility selectivity. The gas separation performance shifts toward Robeson upper bonds upon the addition of MOFs. Particularly, the H2/CH4 separation performance overcomes the 2008 Robeson upper bond. In mixed gas feeds, the membranes display CO2 gas permeability up to 308 Barrer and CO2/N2 and CO2/CH4 mixed gas selectivities of 25.4 and 23.6 with virtually no evidence of plasticization. Much higher mixed-gas selectivity than permselectivity in these membranes are strongly correlated with the strongly adsorbing CO2 gas molecules blocking transport of large size molecules.
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