Amino-Functionalized Metal–Organic Framework Fiber Membranes for CO2 Adsorption

化学 吸附 纳米纤维 限制 选择性 化学工程 纤维 传质 多孔性 纳米技术 胺化 大规模运输 气体分离 选择性吸附 分子动力学 多孔介质 化学稳定性 静电纺丝 表面力 曲面(拓扑) 比表面积 肺表面活性物质 聚合物 原位 串联
作者
Guodong Zhao,Tongtong Zhang,Siqin Zhang,Huijuan Zhao
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:64 (39): 19924-19931 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.5c04074
摘要

Metal-organic frameworks (MOFs) have attracted attention for CO2 adsorption owing to their unique pore characteristics and facile functionalization. However, their powdery nature causes poor mechanical stability and low gas mass transfer efficiency, limiting their applications. Herein, we report a promising strategy of in situ assembly of amino-functionalized ZIF-8 (ZIF-8-NH2) on the surface of nanofibers to create the one-dimensional gas transport pathway while generating hierarchical porous architectures that increase the number of CO2-philic sites. Benefiting from the created microenvironments, the ZIF-8-NH2 fiber membranes (FMs) showed a high specific surface area of 248.29 m2/g, a high CO2 adsorption capacity of 3.25 mmol/g at 298 K and 1 bar, an excellent CO2/N2 selectivity of 37, and stable recyclability. Molecular dynamics simulations indicated that amination could enhance the CO2 affinity of ZIF-8-NH2 FMs. The gas dynamic breakthrough tests further demonstrated the high separation efficiency of the ZIF-8-NH2 FMs for the formation of CO2 and N2. The proposed collaborative regulation of microenvironments strategy provides a bright orientation for constructing functionalized MOF FMs for efficient CO2 adsorption.
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