Separation of propylene and propane with pillar-layer metal–organic frameworks by exploiting thermodynamic-kinetic synergetic effect

丙烷 动能 材料科学 化学工程 金属有机骨架 吸附 扩散 物理化学 化学 热力学 金属 有机化学 量子力学 物理 工程类
作者
Yongwei Chen,Houxiao Wu,Liang Yu,Shi Tu,Ying Wu,Zhong Li,Qibin Xia
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:431: 133284-133284 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.133284
摘要

Efficient adsorption separation of propylene (C3H6) and propane (C3H8) can largely lower the energy consumption compared to the current energy-intensive cryogenic distillation. Herein, we report an isoreticular family of pillar-layer metal–organic frameworks (MOFs), M(AIP)(BPY)0.5 (M = Co, Ni, and Zn), for efficient C3H6/C3H8 separation by simultaneously exploiting thermodynamic and kinetic effects, circumventing disadvantages of each separation mechanism. The three MOFs feature an open metal site for each metal node and uniform but narrow one-dimensional (1D) channels, offering strong binding sites toward C3H6 via π-complexations while obstructing the diffusion of bulkier C3H8. The Ni-MOF shows the best separation performance based on the highest thermodynamic and kinetic C3H6/C3H8 selectivities, further verified by computational simulations. Ni(AIP)(BPY)0.5 has a moderate C3H6 uptake of 1.94 mmol/g but a remarkably high C3H6/C3H8 uptake ratio of 4.26 at 298 K and 1 bar. Efficient C3H6/C3H8 separation, good recyclability, moisture and water stability of Ni(AIP)(BPY)0.5 are confirmed.
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