Functionalization of Diamine-Appended MOF-Based Adsorbents by Ring Opening of Epoxide: Long-Term Stability and CO2 Recyclability under Humid Conditions

化学 吸附 环氧化物 二胺 硅烷 烷基 化学工程 环氧树脂 高分子化学 有机化学 催化作用 工程类 硅烷
作者
Jong Hyeak Choe,Hyo-Jin Kim,Min‐Jung Kang,Hongryeol Yun,Sun Young Kim,Su Min Lee,Chang Seop Hong
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (23): 10309-10319 被引量:36
标识
DOI:10.1021/jacs.2c01488
摘要

Although diamine-appended metal-organic framework (MOF) adsorbents exhibit excellent CO2 adsorption performance, a continuous decrease in long-term capacity during repeated wet cycles remains a formidable challenge for practical applications. Herein, we present the fabrication of diamine-appended Mg2(dobpdc)-alumina beads (een-MOF/Al-Si-Cx; een = N-ethylethylenediamine; x = number of carbon atoms attached to epoxide) coated with hydrophobic silanes and alkyl epoxides. The reaction of epoxides with diamines in the portal of the pore afforded sufficient hydrophobicity, hindered the penetration of water vapor into the pores, and rendered the modified diamines less volatile. een-MOF/Al-Si-C17-200 (een-MOF/Al-Si-C17-y; y = 50, 100, and 200, denoting wt % of C17 with respect to the bead, respectively), with substantial hydrophobicity, showed a significant uptake of 2.82 mmol g-1 at 40 °C and 15% CO2, relevant to flue gas concentration, and a reduced water adsorption. The modified beads maintained a high CO2 capacity for over 100 temperature-swing adsorption cycles in the presence of 5% H2O and retained CO2 separation performance in breakthrough tests under humid conditions. This result demonstrates that the epoxide coating provides a facile and effective method for developing promising adsorbents with high CO2 adsorption capacity and long-term durability, which is a required property for postcombustion applications.
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