Separation of High-Purity C2H2 from Binary C2H2/CO2 Using Robust Al-Based MOFs Comprising Nitrogen-Containing Heterocyclic Dicarboxylate

材料科学 选择性 气体分离 二进制数 分析化学(期刊) 有机化学 化学 数学 生物化学 算术 催化作用
作者
Seongtae Jeong,Donghyun Kim,Ju Yeon Park,Ji Woong Yoon,Su‐Kyung Lee,Jong Suk Lee,Donghui Jo,Kyung Ho Cho,U‐Hwang Lee
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.3c16849
摘要

In this study, three nitrogen-containing aluminum-based metal–organic frameworks (Al-MOFs), namely, CAU-10pydc, MOF-303, and KMF-1, were investigated for the efficient separation of a C2H2/CO2 gas mixture. Among these three Al-MOFs, KMF-1 demonstrated the highest selectivity for C2H2/CO2 separation (6.31), primarily owing to its superior C2H2 uptake (7.90 mmol g–1) and lower CO2 uptake (2.82 mmol g–1) compared to that of the other two Al-MOFs. Dynamic breakthrough experiments, using an equimolar binary C2H2/CO2 gas mixture, demonstrated that KMF-1 achieved the highest separation performance. It yielded 3.42 mmol g–1 of high-purity C2H2 (>99.95%) through a straightforward desorption process under He purging at 298 K and 1 bar. To gain insights into the distinctive characteristics of the pore surfaces of structurally similar CAU-10pydc and KMF-1, we conducted computational simulations using canonical Monte Carlo and dispersion-corrected density functional theory methods. These simulations revealed that the secondary amine (C2N–H) groups in KMF-1 played a more significant role in differentiating between C2H2 and CO2 compared to that of the N atoms in CAU-10pydc and MOF-303. Consequently, KMF-1 emerged as a promising adsorbent for the separation of high-purity C2H2 from binary C2H2/CO2 gas mixtures.
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