Grand canonical Monte Carlo simulation of the adsorption and separation of carbon dioxide and methane using functionalized Mg-MOF-74

吸附 选择性 蒙特卡罗方法 甲烷 金属有机骨架 材料科学 选择性吸附 化学 化学工程 物理化学 数学 有机化学 工程类 催化作用 统计
作者
Guanhua Zhang,Youshan Liang,Guomin Cui,Binlin Dou,Wei Lü,Qiguo Yang,Xiaoyu Yan
出处
期刊:Energy Reports [Elsevier BV]
卷期号:9: 2852-2860 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.egyr.2023.01.121
摘要

Grand canonical Monte Carlo (GCMC) simulations were used to analyse the effect of -O-Li, -NH2, -SH, -F, -COOH, and -NO2 functional groups on the adsorption and separation of pure CO2 and a mixture of CO2 and CH4. The metal–organic framework (MOF) skeleton was structurally optimized using the Forcite and Dmol 3 modules. First, the GCMC method was employed to simulate the adsorption of pure CO2 by functionalized Mg-MOF-74 at 298 K and 10–3000 kPa. The results illustrated that -O-Li, -NH2, and -SH groups increased the CO2 adsorption below 101 kPa and followed the order Li-O-Mg-MOF-74 > NH2-Mg-MOF-74 > SH-Mg-MOF-74. When the pressure was >101 kPa, the adsorption capacity of Mg-MOF-74 was higher than that of functionalized Mg-MOF-74. Then, the adsorption capacity and selectivity of functionalized Mg-MOF-74 in the CO2/CH4 mixture were investigated at 298 K and 10–3000 kPa. The results showed that the introduction of -O-Li, -NH2, and -SH groups increased the CO2 selectivity of Mg-MOF-74 within the range of 10–1440 kPa and followed the order Li-O-Mg-MOF-74 > NH2-Mg-MOF-74 > SH-Mg-MOF-74.
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