Effective CH4 enrichment from N2 by SIM-1 via a strong adsorption potential SOD cage

笼子 甲烷 吸附 氮气 选择性 化学 多孔性 比表面积 气体分离 分析化学(期刊) 材料科学 化学工程 色谱法 数学 工程类 组合数学 有机化学 生物化学 催化作用
作者
Qi Shi,Jing Wang,Hua Shang,Honghao Bai,Yu Zhao,Jiangfeng Yang,Jinxiang Dong,Jinping Li
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier]
卷期号:230: 115850-115850 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2019.115850
摘要

Methane enrichment from nitrogen is a necessary means for low-quality unconventional natural gas (coal mine methane) extraction, where adsorption-separation technology has become a research hotspot due to its low energy consumption and cost-effectiveness. In this work, three SOD-type ZIFs (ZIF-8, ZIF-90 and SIM-1, the latter also known as ZIF-94) are taken as methane sorbents for CH4/N2 separation. The experimental results show that SIM-1 (ZIF-94) has the highest CH4 adsorption capacity (1.5 mmol/g, 298 K and 1 bar) and adsorption heat (23.9 kJ/mol), although its surface area is the lowest (597 m2/g). No other known ZIF material has a higher CH4 adsorption capacity than SIM-1(ZIF-94), although some rare MOF and other porous materials can achieve such a high value. By comparing its CH4 adsorption capacity and BET surface with ZIF-93 (RHO type), which has the same units as Zn-almeIm, SIM-1(ZIF-94) has a high adsorption capacity of CH4 due to its suitable SOD cage size (0.84 nm) acting as a strong adsorption potential. Indeed, excellent enrichment–separation of the CH4/N2 mixture (30:70 and 50:50, v/v) with a high adsorption selectivity of 7.0 (IAST) rarely occurs for sorbents at room temperature and ambient pressure. Both the experimental and simulated data of the gas mixtures indicate that SIM-1 (ZIF-94) has excellent capability for enriching and removing nitrogen from methane, and it shows extraordinary industrial value.

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