Amino‐Functionalized ZIF‐7 Nanocrystals: Improved Intrinsic Separation Ability and Interfacial Compatibility in Mixed‐Matrix Membranes for CO2/CH4 Separation

材料科学 聚合物 纳米复合材料 化学工程 气体分离 沸石咪唑盐骨架 环氧乙烷 选择性 高分子化学 金属有机骨架 吸附 有机化学 复合材料 共聚物 化学 工程类 催化作用 生物化学
作者
Xiang Long,Luqian Sheng,Chongqing Wang,Lixiong Zhang,Yichang Pan,Yanshuo Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:29 (32) 被引量:276
标识
DOI:10.1002/adma.201606999
摘要

Highly permeable and selective, as well as plasticization‐resistant membranes are desired as promising alternatives for cost‐ and energy‐effective CO 2 separation. Here, robust mixed‐matrix membranes based on an amino‐functionalized zeolitic imidazolate framework ZIF‐7 (ZIF‐7‐NH 2 ) and crosslinked poly(ethylene oxide) rubbery polymer are successfully fabricated with filler loadings up to 36 wt%. The ZIF‐7‐NH 2 materials synthesized from in situ substitution of 2‐aminobenzimidazole into the ZIF‐7 structure exhibit enlarged aperture size compared with monoligand ZIF‐7. The intrinsic separation ability for CO 2 /CH 4 on ZIF‐7‐NH 2 is remarkably enhanced as a result of improved CO 2 uptake capacity and diffusion selectivity. The incorporation of ZIF‐7‐NH 2 fillers simultaneously makes the neat polymer more permeable and more selective, surpassing the state‐of‐the‐art 2008 Robeson upper bound. The chelating effect between metal (zinc) nodes of fillers and ester groups of a polymer provides good bonding, enhancing the mechanical strength and plasticization resistance of the neat polymer membrane. The developed novel ZIF‐7 structure with amino‐function and the resulting nanocomposite membranes are very attractive for applications like natural‐gas sweetening or biogas purification.

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