Uncharacteristic Adsorption Breakthrough Behavior of a Core–Shell Copper Hydroxysulfate Metal–Organic Framework Against Gaseous Formaldehyde

吸附 甲醛 材料科学 金属 聚合 分配系数 化学工程 有机化学 化学 复合材料 冶金 工程类 聚合物
作者
Trần Thị Hải Yến,Kumar Vikrant,Jan E. Szulejko,Ki‐Hyun Kim
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (13) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/adfm.202312022
摘要

Abstract Core–Shell structured microspheres with a packed nano‐platelet copper hydroxysulfate (CHS) core and an octahedral crystalized metal–organic framework‐199 (CHS@M199) shell are synthesized and tested as adsorbent for gaseous formaldehyde (FA). CHS@M199 outperforms reference materials (e.g., activated carbon (AC), CHS, and M199) with adsorption capacity (Q) of 8.13 mg g −1 and partition coefficient (PC) of 0.263 mol kg −1 Pa −1 against 10 Pa FA at 10% breakthrough (BT) level with the aid of large surface area and copper sites for coordinating with carbonyl group. Contrary to general expectations, CHS@M199 exhibits a unique adsorption behavior in that BT volume increases systematically with the rise in FA inlet partial pressure (e.g., 5–10 Pa). The 10% BT capacity of CHS@M199 decreases noticeably (8.13 to 2.08 mg g −1 ) with increasing relative humidity (0.016 to 10%), reflecting water‐FA competition for hydrophilic adsorption sites. Although FA adsorption on CHS@M199 diminishes with elevated RH levels, such reduction intensifies when simulating ambient conditions (through stepwise addition of competing components: O 2 , CO 2 , and H 2 O). The FA adsorption on CHS@M199 is well described by both pseudo‐first‐order (PFO) and pseudo‐second‐order (PSO) kinetics. Polymerization may play a pivotal role in the adsorption of FA on CHS@M199, as Qi‐LeVan isotherm best fits the experimental data.
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