High-throughput CO2 capture using PIM-1@MOF based thin film composite membranes

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作者
Min Liu,Mitchell D. Nothling,Paul A. Webley,Jianyong Jin,Qiang Fu,Greg G. Qiao
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:396: 125328-125328 被引量:121
标识
DOI:10.1016/j.cej.2020.125328
摘要

Carbon capture from power plants represents a powerful technique to mitigate increasing greenhouse gas emissions. In this work, we describe a thin film composite (TFC) membrane incorporating a polymer of intrinsic microporosity (PIM-1) and metal organic framework (MOF) nanoparticles for post-combustion CO2 capture. The novel TFC membrane design consists of three layers: (1) a CO2 selective layer composed of a [email protected] mixed matrix; (2) an ultrapermeable PDMS gutter layer doped with MOF nanosheets; and (3) a porous polymeric substrate. Notably, the [email protected] gutter layer incorporating amorphous nanosheets provides a CO2 permeance of 10,000–11,000 GPU, suggesting less gas transport resistance in comparison with pristine PDMS gutter layers. In addition, by blending nanosized MOF particles (MOF-74-Ni and NH2-UiO-66) into PIM-1 to afford a selective layer, the resultant TFC membrane assembly delivered improved CO2 permeance of 4660–7460 GPU and CO2/N2 selectivity of 26–33, compared with a pristine PIM-1 counterpart (CO2 permeance of 4320 GPU and CO2/N2 selectivity of 19). Furthermore, [email protected] based TFC membranes displayed an enhanced resistance to aging effect, maintaining a stable CO2 permeance of 900–1200 GPU and CO2/N2 selectivity of 26–30 after aging for 8 weeks. To the best of our knowledge, the high CO2 separation performance presented here is unprecedented for PIM-1 based TFC membranes reported in the open literature.
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