In-situ etching MOF nanoparticles for constructing enhanced interface in hybrid membranes for gas separation

纳米颗粒 气体分离 选择性 化学工程 材料科学 巴勒 蚀刻(微加工) 聚合物 化学 纳米技术 图层(电子) 有机化学 复合材料 催化作用 生物化学 工程类
作者
Huiyuan Jiao,Yanshu Shi,Yapeng Shi,Feng Zhang,Kuan Lu,Yatao Zhang,Zhenggong Wang,Jian Jin
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier]
卷期号:666: 121146-121146 被引量:34
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2022.121146
摘要

Metal-organic frameworks (MOFs) based hybrid membranes have great potential for energy-efficient gas separation. However, the defective interface structure greatly depresses their separation performance. In this work, a distinctive interfacial design strategy via in-situ etching ZIF-8 nanoparticles is proposed to construct hybrid membranes with nearly defect-free interfaces. The nanoscale etching of ZIF-8 nanoparticles in polymer matrix with acid group (PI-COOHx) is well controlled by the amount of carboxyl group and reaction time. Owing to the strong coordination interaction between Zn2+ ions and –COOH groups, the residual ZIF-8 nanoparticles are tightly wrapped by polymer matrix. Molecular simulation was performed to study the in-situ etching ZIF-8 in PI-COOHx matrix in molecular level. The resulted hybrid membranes (PI-COOHx/E-ZIF-8) exhibit simultaneously enhanced permeability and selectivity with increasing filler loading content. Benefiting from the rational interfacial design, the effective loading content of ZIF-8 nanoparticles is up to 50 wt% for PI-COOH20/E-ZIF-8 membrane. The H2, CO2, and O2 permeability of the membrane are 3058.6, 1429.0, and 459.0 Barrer, increasing by 468.5%, 288.3% and 348.2%, respectively, of pristine PI-COOH20 membrane, and the gas selectivity for H2/N2, H2/CH4, O2/N2, and CO2/CH4 gas pairs are greatly improved from 20.3, 23.4, 3.9 and 16.0 of pristine PI-COOH20 membrane to 30.7, 37.6, 4.6 and 17.6. The comprehensive separation performance for H2/N2, H2/CH4, and O2/N2 gas pairs surpass the 2008 upper bound and approach the 2015 upper bound. Meanwhile, the CO2 plasticization resistance of PI-COOH20/E-ZIF-8 membrane also achieves significant improvement from 6 bar of PI-COOH20 membrane to 27 bar. This work provides an effective and robust strategy to effectively enhance the interfacial compatibility of hybrid membranes.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
三三发布了新的文献求助10
刚刚
zhang完成签到,获得积分10
1秒前
YifanWang应助酷bile采纳,获得10
1秒前
AUGS酒发布了新的文献求助10
1秒前
杨lei完成签到,获得积分10
2秒前
3秒前
3秒前
哈哈哈完成签到 ,获得积分10
3秒前
4秒前
曹琳发布了新的文献求助10
4秒前
5秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
5秒前
久念发布了新的文献求助10
6秒前
悦耳难摧发布了新的文献求助10
6秒前
可爱的函函应助Arthur采纳,获得10
6秒前
JamesPei应助vivi猫小咪采纳,获得10
7秒前
共享精神应助独特的高山采纳,获得10
7秒前
maxine完成签到,获得积分10
7秒前
zhegewa完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
SciGPT应助三三采纳,获得10
8秒前
Jasper应助狄鹤轩采纳,获得10
8秒前
廖思巧完成签到,获得积分20
8秒前
9秒前
9秒前
jie酱拌面应助南宫白竹采纳,获得10
9秒前
昼夜本色发布了新的文献求助10
10秒前
zhegewa发布了新的文献求助10
10秒前
独特的鱼完成签到,获得积分10
10秒前
10秒前
完美世界应助飘逸的又夏采纳,获得10
11秒前
清墨发布了新的文献求助30
12秒前
Halo发布了新的文献求助10
12秒前
12秒前
zz发布了新的文献求助10
12秒前
13秒前
13秒前
丘比特应助木每采纳,获得10
13秒前
小鲁完成签到,获得积分20
13秒前
13秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Introduction to strong mixing conditions volume 1-3 5000
Clinical Microbiology Procedures Handbook, Multi-Volume, 5th Edition 2000
从k到英国情人 1500
Ägyptische Geschichte der 21.–30. Dynastie 1100
„Semitische Wissenschaften“? 1100
Russian Foreign Policy: Change and Continuity 800
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5728188
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 5311904
关于积分的说明 15313531
捐赠科研通 4875514
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2618817
邀请新用户注册赠送积分活动 1568419
关于科研通互助平台的介绍 1525058