Fe-Based Microporous Metal–Organic Framework for C2H2/CO2 Separation

化学 微型多孔材料 金属有机骨架 分离(统计) 金属 无机化学 物理化学 吸附 有机化学 计算机科学 机器学习
作者
Jianrong Qiu,Sihui Ouyang,H.W. Chu,Yonghong Xiao,Jialu Liu,Zi-Xi Chen,Mian Li,Xiao‐Hong Xiong,Xiao‐Chun Huang
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:64 (41): 20867-20873
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.5c04160
摘要

Acetylene (C2H2) is a crucial industrial feedstock, but its production typically yields CO2-contaminated mixtures, posing a significant separation challenge. To overcome this critical separation challenge, we synthesized an iron-based metal-organic framework named STU-130 with a brn-1 underlying net. It features a 1D channel (6.4 × 5.8 Å2) in the a-axis, which is decorated with uncoordinated carboxylate oxygen on the porous surface. These structural features enable STU-130 to preferentially adsorb C2H2 over CO2 through differential host-guest interaction strengths. Single-component gas adsorption tests revealed a significant difference in uptake capacities between C2H2 (106.8 cm3 g-1) and CO2 (80.84 cm3 g-1), with an IAST-predicted selectivity of 4.2 for equimolar C2H2/CO2 mixtures (50:50, 298 K, and 1 bar). Dynamic breakthrough tests further confirmed the C2H2/CO2 separation performance with the C2H2/CO2 elution time gap of 25 min g-1. Density functional theory calculations and grand canonical Monte Carlo simulations revealed that the uncoordinated carboxyl oxygen atoms can selectively bind C2H2 through strong C-H···O hydrogen bonds (32.6 kJ mol-1), playing a pivotal role in C2H2/CO2 selective separation.
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