Porosity Engineering and Functionalization of Hyper‐Cross‐Linked Polymers for Highly Selective CO 2 Adsorption

二甲氧基甲烷 选择性 表面改性 吸附 聚合物 胺气处理 化学 化学工程 材料科学 物理化学 有机化学 催化作用 工程类
作者
Yahya Alemin,Jiarui Hu,Peixuan Xie,Xiaoyan Wang,Hui Gao,Bien Tan
出处
期刊:Macromolecular Rapid Communications [Wiley]
卷期号:46 (14): e2500020-e2500020 被引量:3
标识
DOI:10.1002/marc.202500020
摘要

Selective carbon dioxide (CO₂) capture from industrial processes is vital for reducing emissions associated with fossil fuel combustion. Achieving both high CO₂ adsorption capacity and excellent CO₂/N₂ selectivity, however, remains a significant challenge. In this study, a novel strategy is introduced that integrates porosity engineering using various cross-linkers-dimethoxymethane (F), p-dichloroxylene (D), and dibromomethane (B)-with post-synthetic modifications to incorporate nitro (─NO₂) and amino (─NH₂) functional groups into the polymer matrix. Nitration of hyper-cross-linked polymer based on dimethoxymethane (HCP-F) yields HCP-F-NO₂, which, upon reduction, produces the amine-functionalized framework HCP-F-NH₂. Both HCP-F-NO₂ and HCP-F-NH₂ demonstrate relatively high CO₂ uptake. Despite its lower surface area (784 m2 g⁻¹) compared to HCP-F-NO₂ (1066 m2 g⁻¹), HCP-F-NH₂ exhibits superior CO₂/N₂ selectivity of 100, compared to 70 for HCP-F-NO₂. Furthermore, ideal adsorbed solution theory (IAST) selectivity calculations at 298 K and 1 bar for 15:85 CO2/N2 confirm enhanced CO2/N2 selectivity after post-synthetic modification, with HCP-F-NH2 reaching the highest value (64), breakthrough experiments at 298 K with 3 mL min-1 flow rate validate increased CO2 retention, while regeneration tests confirm structural stability and recyclability, reinforcing the potential of functionalized HCPs for CO2 capture applications.
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