Metal heteroatom (Mg, Cu and Co) and porous carbon co-doped MIL-101 composites with superior acetone capture capacity

丙酮 吸附 杂原子 多孔性 兴奋剂 金属有机骨架 碳纤维 复合材料 材料科学 化学工程 金属 化学 有机化学 冶金 复合数 戒指(化学) 工程类 光电子学
作者
Ke Zhou,Denghui Li,Changkai Zhou,Hongyu Chen,Yang Guo,Zheng Zeng,Weiwu Ma,Liqing Li
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:430: 132656-132656 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.132656
摘要

The development of highly active and stable adsorbents for volatile organic compounds (VOCs) capture is an efficient solution to address global problems in atmospheric pollution and environmental health. Herein, a metal–organic framework derived adsorbent consisting of metal heteroatom (Mg, Cu and Co) and porous carbon supported on MIL-101 framework is designed to enable high affinity for adsorbing acetone. The doped metal heteroatoms are homogeneously dispersed in the MIL-101/PC octahedron. The modification of doped metal heteroatoms improves the acetone adsorption capacity of the MIL-101/PC composite at low relative pressure. Importantly, the optimized 20%[email protected]/PC composite not only shows higher surface area (3838 m2 g−1) and pore volume (2.24 mL g−1) than MIL-101/PC, but also creates stronger active adsorption sites for acetone. As a consequence, the acetone adsorption capacity of 20%[email protected]/PC reaches 1309 mg g−1 at 288 K and 18 bar, and the saturated adsorption capacity decreases by only 12% over 10 adsorption–desorption consecutive cycles. Consequently, quantum chemistry calculation method is performed to better understand the microscopic adsorption behavior of acetone. The results of density functional theory (DFT) calculation show that the introduction of Mg can significantly improve the dipole moment of MIL-101 core and reduce its gap band energy, thus enhancing the electrostatic interaction with acetone molecule.
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