Ultrahigh Carbon Dioxide-Selective Composite Membrane Containing a γ-CD-MOF Layer

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作者
Shuting Fan,Zhen‐Jiang Qiu,Ruoyu Xu,Shao‐Xia Zhang,Zhihui Chen,Zi‐Jun Nie,Hao-Ran Shu,Kun Guo,Sheng Zhang,Bang‐Jing Li,Sheng Zhang,Bang-Jing Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (11): 13034-13043 被引量:42
标识
DOI:10.1021/acsami.0c18861
摘要

Mixed matrix membranes (MMMs) for CO2 separation have overcome the trade-off between gas permeability and gas selectivity to some extent. However, most MMMs still are prepared in lab- and pilot-scales since the permeability and selectivity of CO2 are not good enough to reach the economically available requirements. Moreover, the fabrication of few MMMs with good separation performance is time-consuming or need harsh conditions. In this study, a novel MOF-based composite membrane (PAN-γ-CD-MOF-PU membrane) was successfully fabricated by a facile and fast spin-coating method. In the two-step coating process, we applied a uniform selective layer of γ-cyclodextrin-MOF (γ-CD-MOF) on porous polyacrylonitrile and then coated a layer of polyurethane on the γ-CD-MOF layer. The entire membrane formation process was about 30 s. The formation of a unique γ-CD-MOF layer greatly improved the separation ability of CO2 (the CO2 permeability is 70.97 barrers; the selectivity to CO2/N2 and CO2/O2 are 253.46 and 154.28, respectively). The gas separation performance can exceed the Robeson upper limit obviously and the selectivity is better than other MOF-based composite membranes. In addition, the PAN-γ-CD-MOF-PU membrane is strong and flexible. Therefore, the PAN-γ-CD-MOF-PU membrane developed in this study has great potential in large-scale industrial separation of CO2.
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