Preparation of UiO-66 membrane through heterogeneous nucleation assisted growth strategy for efficient CO2 capture under humid conditions

成核 化学工程 化学 材料科学 纳米技术 工艺工程 工程类 有机化学 生物化学
作者
Peng Li,Yuxiu Sun,Zhengqing Zhang,Zhenjie Gu,Zhihua Qiao,Chongli Zhong
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier BV]
卷期号:351: 128067-128067 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2024.128067
摘要

Metal-organic frameworks (MOFs) have driven the development of polycrystalline membranes in the field of gas separation owing to the strong adsorption-desorption behavior and stable framework structure. However, the poor heterogeneous bonding ability between crystals and the substrate leads to the unsatisfactory gas separation as well as low stability of MOF membranes, especially in the humid environment. Herein, we prepared a thin and defect-free UiO-66 membrane by a crystal heterogeneous nucleation assisted growth strategy for efficient CO2/N2 separation. The addition of small amount of water in the precursor solution promoted the crystal nucleation process on the substrate surface. Meanwhile, the smooth PDMS interlayer guaranteed the heterogeneous well-intergrown of crystals into thin UiO-66 membranes, and provided a hydrophobic environment. Therefore, the dense UiO-66 membrane with a small thickness exhibited a high CO2 permeance (177.4 × 10−9 mol·m−2·s−1·Pa−1) with moderate CO2/N2 selectivity (24.3) under humid conditions. Furthermore, the prepared membrane demonstrated excellent renewable performance after dehumidification at high temperature, and maintained good hydrothermal stability during long-term operation under the humid environment. This work provides a new insight for the design of high-quality MOF membranes and promotes the development of MOF membranes in practical gas separation process.
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