Cost-Effective Zinc-Based Metal–Organic Framework for Highly Efficient Methane Purification

甲烷 化学 金属 金属有机骨架 环境化学 无机化学 环境科学 有机化学 吸附
作者
Jiangshang Su,Jiongfeng Li,Junhao Xu,Yongtao Li,Rou Zhang,Daofei Lv,Feng Xu,Junjie Peng,Xun Wang,Jian Yan,Zewei Liu,Xin Chen,Hongxia Xi,Qibin Xia
出处
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research [American Chemical Society]
卷期号:63 (43): 18544-18551 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acs.iecr.4c02414
摘要

The separation of methane from natural gas poses a significant and crucial challenge in the industry. Currently, the capture of CH 4 from natural gas is dominated by distillation, which is an energy consuming process. Here, we present CALF-20, a metal–organic framework with a three-dimensional pore structure, for separating C 2 H 6 /CH 4 and CH 4 /N 2 mixtures. Interestingly, CALF-20 shows a satisfactory CH 4 uptake of 1.11 mmol/g and C 2 H 6 /CH 4 selectivity of 22.7 (298 K, 100 kPa). CH 4 /N 2 selectivity on CALF-20 at 0.5 kPa reaches 15.0. In addition, breakthrough experiments demonstrated that CALF-20 could effectively separate CH 4 /N 2 and C 2 H 6 /CH 4 mixtures. Molecular simulations highlight the crucial role of strong C–H···N and C–H···π interactions between adsorbates and the CALF-20 framework in achieving the highly selective separation of CH 4 /N 2 and C 2 H 6 /CH 4 mixtures. CALF-20 exhibits superior persistent reusability, outstanding water and moisture stability, and low ligand cost ($53/kg). This study demonstrates CALF-20 as a highly promising material for industrially separating CH 4 /N 2 and C 2 H 6 /CH 4 mixtures.
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