Sustainable Gel-Less Synthesis of Sub-1-μm-Thick All-Silica CHA Zeolite Membranes for Efficient CO2 Capture

沸石 化学工程 化学 材料科学 催化作用 有机化学 工程类 生物化学
作者
Nana Wang,Siwei Yan,Wenhan Wang,Junjing Zhou,Bin Wang,Bo Liu,Rongfei Zhou
出处
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research [American Chemical Society]
卷期号:63 (22): 9964-9975 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acs.iecr.4c00710
摘要

Carbon capture and storage are extensively recognized as promising technologies for relieving climate change. All-silica CHA (Si-CHA) zeolite membranes have an extremely attractive CO2 separation performance and high resistance to humidity and CO2 partial pressures. However, it remains an environmental issue for synthesizing Si-CHA zeolite and zeolite membranes by the conventional route because a large amount of gel containing toxic fluorite is used. Herein, we have reported a sustainable gel-less synthesis approach to fabricate uniform and sub-1-micron Si-CHA zeolite membranes. The sustainability and economy of membrane synthesis by the current approach can be improved since the amount of gel is saved by up to 95% and no fluoride is used compared with the conventional approach. Moreover, a formation mechanism of Si-CHA zeolite membranes is proposed. The effects of synthesis temperature, time, seeding layer, and gel composition on membrane formation are investigated. Thin Si-CHA membrane prepared under optimized conditions shows a notable CO2 permeance of 1.3 × 10–6 mol/(m2 s Pa) and a CO2/N2 selectivity of 31 in an equimolar CO2/N2 mixture. Such a separation performance of the current membrane surpasses that of the reported membranes. The membrane also displays excellent separation performance in CO2/CH4 mixtures. The environmentally friendly gel-less synthesis approach is promising to produce Si-CHA zeolite membranes on a large scale for practical applications of the CO2 capture from flue gas, natural gas, and biogas.
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