Enhanced CO2 Capture and Hydrogen Purification by Hydroxy Metal–Organic Framework/Polyimide Mixed Matrix Membranes

金属有机骨架 聚酰亚胺 选择性 聚合物 化学 氢键 高分子化学 气体分离 化学工程 催化作用 材料科学 纳米技术 有机化学 分子 吸附 工程类 生物化学 图层(电子)
作者
Canghai Ma,Jeffrey J. Urban
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:12 (19): 4405-4411 被引量:41
标识
DOI:10.1002/cssc.201902248
摘要

Membrane separation technology provides substantial savings in energy and cost for molecular separations in chemical industry, ideally complementing conventional thermally driven separation approaches. However, current membranes are subject to limitations, primarily lying in the Robeson permeability-selectivity upper bound limits. In this study, hydroxy metal-organic framework (MOF)/polyimide mixed-matrix membranes are found to enable high separation performance for applications including CO2 capture and hydrogen purification while offering enhanced compatibility with state-of-the-art membrane-manufacturing processes. The mixed-matrix membranes exceed the present Robeson upper bounds with H2 and CO2 permeabilities of 907 and 650 Barrers, respectively and H2 /CH4 and CO2 /CH4 selectivities of 45 and 32, respectively. The unparalleled performance results from intimate interactions at the boundary of the hydroxy MOFs and carboxylic polymers through strong hydrogen bonds. The principle of design opens the door to highly permeable membranes with synergistic compatibility with established membrane manufacturing platforms for energy-efficient molecular separations.
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