Rational design of mixed-matrix metal-organic framework membranes for molecular separations

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作者
Shuvo Jit Datta,Álvaro Mayoral,N.M. Srivatsa Bettahalli,Prashant M. Bhatt,Madhavan Karunakaran,Ionela‐Daniela Carja,Dong Fan,Paulo G. M. Mileo,Rocío Semino,Guillaume Maurin,Osamu Terasaki,Mohamed Eddaoudi
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:376 (6597): 1080-1087 被引量:399
标识
DOI:10.1126/science.abe0192
摘要

Conventional separation technologies to separate valuable commodities are energy intensive, consuming 15% of the worldwide energy. Mixed-matrix membranes, combining processable polymers and selective adsorbents, offer the potential to deploy adsorbent distinct separation properties into processable matrix. We report the rational design and construction of a highly efficient, mixed-matrix metal-organic framework membrane based on three interlocked criteria: (i) a fluorinated metal-organic framework, AlFFIVE-1-Ni, as a molecular sieve adsorbent that selectively enhances hydrogen sulfide and carbon dioxide diffusion while excluding methane; (ii) tailoring crystal morphology into nanosheets with maximally exposed (001) facets; and (iii) in-plane alignment of (001) nanosheets in polymer matrix and attainment of [001]-oriented membrane. The membrane demonstrated exceptionally high hydrogen sulfide and carbon dioxide separation from natural gas under practical working conditions. This approach offers great potential to translate other key adsorbents into processable matrix.
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