Constructing Gas Transmission Pathways in Two-Dimensional Composite Material ZIF-8@BNNS Mixed-Matrix Membranes to Enhance CO2/N2 Separation Performance

选择性 纳米颗粒 纳米材料 氮化硼 材料科学 气体分离 纳米技术 分子 化学工程 化学 有机化学 催化作用 生物化学 工程类
作者
Fei Guo,Wu Xiao,Canghai Ma,Xuehua Ruan,Gaohong He,Hanli Wang,Zuosheng Yang,Xiaobin Jiang
出处
期刊:Membranes [MDPI AG]
卷期号:13 (4): 444-444 被引量:4
标识
DOI:10.3390/membranes13040444
摘要

Two-dimensional (2D) nanomaterials, due to their high aspect ratio and high specific surface area, which provide a more tortuous pathway for larger gas molecules, are frequently used in membrane separation. However, in mixed-matrix membranes (MMMs), the high aspect ratio and high specific surface area of 2D fillers can increase transport resistance, thereby reducing the permeability of gas molecules. In this work, we combine boron nitride nanosheets (BNNS) with ZIF-8 nanoparticles to develop a novel material, ZIF-8@BNNS, to improve both CO2 permeability and CO2/N2 selectivity. Growth of ZIF-8 nanoparticles on the BNNS surface is achieved using an in-situ growth method where the amino groups of BNNS are complexed with Zn2+, creating gas transmission pathways that accelerate CO2 transmission. The 2D-BNNS material acts as a barrier in MMMs to improve CO2/N2 selectivity. The MMMs with a 20 wt.% ZIF-8@BNNS loading achieved a CO2 permeability of 106.5 Barrer and CO2/N2 selectivity of 83.2, surpassing the Robeson upper bound (2008) and demonstrating that MOF layers can efficiently reduce mass transfer resistance and enhance gas separation performance.

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