One Scalable and Stable Metal–Organic Framework for Efficient Separation of CH4/N2 Mixture

材料科学 选择性 金属有机骨架 甲烷 金属 密度泛函理论 多孔性 纳米技术 化学工程 有机化学 吸附 计算化学 冶金 物理化学 催化作用 复合材料 化学 工程类
作者
Pengtao Guo,Yunpan Ying,Dahuan Liu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (6): 7338-7344 被引量:22
标识
DOI:10.1021/acsami.3c18378
摘要

Separating CH4 from coal bed methane is of great importance but challenging. Adsorption-based separation often suffers from low selectivity, poor stability, and difficulty to scale up. Herein, a stable and scalable metal–organic framework [MOF, CoNi(pyz-NH2)] with multiple CH4 binding sites was reported to efficiently separate the CH4/N2 mixture. Due to its suitable pore size and multiple CH4 binding sites, it exhibits excellent CH4/N2 selectivity (16.5) and CH4 uptake (35.9 cm3/g) at 273 K and 1 bar, which is comparable to that of the state-of-the-art MOFs. Theoretical calculations reveal that the high density of open metal sites and polar functional groups in the pores provide strong affinity to CH4 than to N2. Moreover, CoNi(pyz-NH2) displays excellent structural stability and can be scale-up synthesized (22.7 g). This work not only provides an excellent adsorbent but also provides important inspiration for the future design and preparation of porous adsorbents for separations.
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