3D-Printed Metal–Organic Framework Monoliths for Gas Adsorption Processes

金属有机骨架 材料科学 吸附 3d打印 化学工程 金属 纳米技术 冶金 有机化学 制造工程 化学 工程类
作者
Harshul Thakkar,Stephen Eastman,Qasim Al‐Naddaf,Ali A. Rownaghi,Fateme Rezaei
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:9 (41): 35908-35916 被引量:291
标识
DOI:10.1021/acsami.7b11626
摘要

Metal–organic frameworks (MOFs) have shown promising performance in separation, adsorption, reaction, and storage of various industrial gases; however, their large-scale applications have been hampered by the lack of a proper strategy to formulate them into scalable gas–solid contactors. Herein, we report the fabrication of MOF monoliths using the 3D printing technique and evaluation of their adsorptive performance in CO2 removal from air. The 3D-printed MOF-74(Ni) and UTSA-16(Co) monoliths with MOF loadings as high as 80 and 85 wt %, respectively, were developed, and their physical and structural properties were characterized and compared with those of MOF powders. Our adsorption experiments showed that, upon exposure to 5000 ppm (0.5%) CO2 at 25 °C, the MOF-74(Ni) and UTSA-16(Co) monoliths can adsorb CO2 with uptake capacities of 1.35 and 1.31 mmol/g, respectively, which are 79% and 87% of the capacities of their MOF analogues under the same conditions. Furthermore, a stable performance was obtained for self-standing 3D-printed monolithic structures with relatively good adsorption kinetics. The preliminary findings reported in this investigation highlight the advantage of the robocasting (3D printing) technique for shaping MOF materials into practical configurations that are suitable for various gas separation applications.
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