Rational Design of MXene Hollow Fiber Membranes for Gas Separations

渗透 材料科学 图层(电子) 选择性 基质(水族馆) 涂层 气体分离 化学工程 纤维 纳米技术 复合材料 化学 催化作用 有机化学 地质学 工程类 海洋学 生物化学
作者
Yiming Zhang,Kai Sheng,Zheng Wang,Wenjia Wu,Hang Yin,Junyong Zhu,Yatao Zhang
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:23 (7): 2710-2718 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.3c00004
摘要

One scalable and facile dip-coating approach was utilized to construct a thin CO2-selection layer of Pebax/PEGDA-MXene on a hollow fiber PVDF substrate. An interlayer spacing of 3.59 Å was rationally designed and precisely controlled for the MXene stacks in the coated layer, allowing efficient separation of the CO2 (3.3 Å) from N2 (3.6 Å) and CH4 (3.8 Å). In addition, CO2-philic nanodomains in the separation layer were constructed by grafting PEGDA into MXene interlayers, which enhanced the CO2 affinity through the MXene interlayers, while non-CO2-philic nanodomains could promote CO2 transport due to the low resistance. The membrane could exhibit optimal separation performance with a CO2 permeance of 765.5 GPU, a CO2/N2 selectivity of 54.5, and a CO2/CH4 selectivity of 66.2, overcoming the 2008 Robeson upper bounds limitation. Overall, this facile approach endows a precise controlled molecular sieving MXene membrane for superior CO2 separation, which could be applied for interlayer spacing control of other 2D materials during membrane construction.
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