A moisture stable metal-organic framework for highly efficient CO2/N2, CO2/CH4 and CO2/CO separation

烟气 水分 惰性气体 选择性 金属有机骨架 金属 分子 惰性 化学工程 多孔性 化学 有机化学 吸附 催化作用 工程类
作者
Yong‐Zhi Li,Gang‐Ding Wang,Shijian Lu,Fan Xu,Han Zhang,Yanwei Sui,Lei Hou
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:484: 149494-149494 被引量:53
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.149494
摘要

Utilizing porous adsorbents to capture CO2 from flue gas or removal of CO2 impurity from other high-value chemicals is an effective way for alleviating the greenhouse effect, but selective and reversible capture of CO2 is still a challenge. In this study, we report a moisture stable metal–organic framework (Zn-dmtrz-mip) that combines high CO2 uptake with a low affinity for other gases for highly efficient CO2 capture and separation performance. Zn-dmtrz-mip displays a high CO2 uptake of 65.4 cm3 g−1 as well as ultrahigh CO2/N2 (11974 and 681 for 50/50 and 15/85 mixtures, respectively), CO2/CO (110.0 and 50.8 for 50/50 and 10/90 mixtures, respectively), which superior to many reported MOFs. Breakthrough experiments visualized that Zn-dmtrz-mip is not only capable of directly obtaining high-purity (99.9 %) N2, CH4 and CO, but also achieving high-purity (99.5 %) CO2 recovery. The stability experiments showed that Zn-dmtrz-mip maintained its structure and CO2 adsorption uptake after exposure in air and moisture environments (RH = 65 %) as well as in acidic (pH = 3) and basic (pH = 11) solutions and water. Importantly, low CO2 adsorption heat (26.5 kJ mol−1) makes Zn-dmtrz-mip can be easily regenerated by inert gas purging and maintain its separation performance over five repeat process cycles. Molecule simulation revealed the crucial role of methyl groups through multiple C-H···O interactions for such high CO2 uptake capacity and separation selectivity.
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