Poly(ionic liquid)-based engineered mixed matrix membranes for CO2/H2 separation

巴勒 离子液体 渗透 选择性 化学工程 热稳定性 气体分离 材料科学 聚合物 傅里叶变换红外光谱 合成气 高分子化学 化学 有机化学 催化作用 复合材料 工程类 生物化学
作者
Ana R. Nabais,Ana P. Martins,Vítor D. Alves,João G. Crespo,Isabel M. Marrucho,Liliana C. Tomé,Luísa A. Neves
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier]
卷期号:222: 168-176 被引量:53
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2019.04.018
摘要

Poly(ionic liquid)s (PIL) have emerged as a class of versatile polyelectrolites, that can be used to prepare new materials able to achieve superior performances compared to conventional polymers. The combination of PILs with ionic liquids (ILs) may serve as a suitable matrix for the preparation of membranes for gas separation. In this work, mixed matrix membranes (MMMs) combining a pyrrolidinium-based PIL, an IL and three highly CO2-selective metal organic frameworks (MOFs) were prepared. The different MOFs (MIL-53(Al), Cu3(BTC)2 and ZIF-8) were used as fillers, aiming to maximize the membranes performance towards the purification of syngas. The influence of different MOFs and loadings (0, 10, 20 and 30 wt%) on the thermal and mechanical stabilities of the membranes and their performance in terms of CO2 permeability and CO2/H2 ideal selectivity was assessed. The compatibility between the materials was confirmed by SEM-EDS and FTIR spectroscopy. The prepared MMMs revealed to be thermally stable within the temperature range of the syngas stream, with a loss of mechanical stability upon the MOF incorporation. The increasing MOF content in the MMMs, resulted in an improvement of both CO2 permeability and CO2/H2 ideal selectivity. Among the three MOFs studied, membranes based on ZIF-8 showed the highest permeabilities (up to 97.2 barrer), while membranes based on MIL-53(Al) showed the highest improvement in selectivity (up to 13.3). Remarkably, all permeation results surpass the upper bound limit for the CO2/H2 separation, showing the membranes potential for the desired gas separation.
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