Integrating two-dimensional MXene fillers into nanocellulose for the fabrication of CO2 separation membranes

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作者
Zhirong Hu,Yilin Yang,Xiong‐Fei Zhang,Chuan Xu,Jianfeng Yao
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier]
卷期号:326: 124704-124704 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2023.124704
摘要

To achieve high capability mixed matrix membranes for CO2 separation, it is vital to construct the suitable transport channels to enhance the diffusivity-enabled selectivity as well as an excellent affinity toward target gas molecules to increase the solubility-based selectivity. Herein, composite membranes were constructed by integrating two-dimensional MXene nanosheets into a carboxylated nanocellulose matrix. The carboxyl-rich cellulose interacts with the surface groups of MXene, which contributes to a superior interface compatibility and repairs the non-selective voids. In particular, one-dimensional nanocellulose can intercalate into MXene laminates to regulate the interlayer spacing and suppress the re-stacking of MXenes. The resulting MC-3 membrane (with a MXene loading of 15.4 wt%) possesses the optimal separation performance, bearing a CO2 permeability of 156.7 Barrer with ideal selectivities of 47.8 for CO2/CH4 and 42.6 for CO2/N2. For the mixed gas separation, the MC-3 membrane exhibits separation factors of 48.5 and 55.3 for CO2/N2 and CO2/CH4, respectively. This excellent separation performance is resulted from the enhanced interfacial property, suitable MXene channel size and good CO2-solubility of nanocellulose.
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