An ultramicroporous metal–organic framework with dual functionalities for high sieving separation of CO2 from CH4 and N2

吸附 选择性 金属有机骨架 化学 二氧化碳 碳纤维 金属 烟气 化学工程 扩散 沸石 气体分离 材料科学 有机化学 催化作用 热力学 工程类 复合材料 物理 复合数 生物化学
作者
Yanshu Shi,Yi Xie,Hui Cui,Zeid A. ALOthman,Osamah Alduhaish,Rui‐Biao Lin,Banglin Chen
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:446: 137101-137101 被引量:41
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.137101
摘要

The removal of carbon dioxide from fuel gases and N2-rich flue gas are critical for chemical energy industry, and reduction of carbon emission. Adsorptive size-sieving based gas separation is highly desired to maximize the separation efficiency but rarely reported. Herein, an ultramicroporous metal–organic framework built from copper(II) and 5-fluoropyrimidin-2-olate, termed as Cu-F-pymo, has been studied for the separation of CO2 from CH4 and N2. Cu-F-pymo can exclusively capture CO2 over CH4 and N2 with significant high IAST selectivity (>107) and a high adsorption capacity of 69.2 cm3 cm−3. Such molecular size-sieving effect is attributed to the small pore size of Cu-F-pymo (∼3.3 Å), which can only allow the diffusion of CO2. The oxygen moieties decorated on the channel surface enforced the binding affinity toward CO2 through electrostatic and hydrogen-bonding interactions as confirmed by molecular simulation studies. The outstanding size-sieving CO2 separation performance was further confirmed by cycling column breakthrough tests, which demonstrated the dynamic CO2 capture capacity of 1078 mmol kg−1 and 941 mmol kg−1 for CO2/CH4 (50:50), CO2/N2(15:85) mixtures, respectively. More importantly, the mild regeneration feature of Cu-F-pymo underlies its potentials for practical carbon capture applications.
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