Multivariate Polycrystalline Metal–Organic Framework Membranes for CO 2 /CH 4 Separation

膜 化学 气体分离 化学工程 微型多孔材料 渗透 微晶 选择性 吸附 膜技术 有机化学 渗透 结晶学 催化作用 生物化学 工程类
作者
Weidong Fan,Yunpan Ying,Shing Bo Peh,Hongye Yuan,Ziqi Yang,Yi Di Yuan,Dongchen Shi,Xin Yu,Chengjun Kang,Dan Zhao
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (42): 17716-17723 被引量:193
标识
DOI:10.1021/jacs.1c08404
摘要

Membrane technology is attractive for natural gas separation (removing CO 2, H 2 O, and hydrocarbons from CH 4 ) because of membranes’ low energy consumption and small environmental footprint. Compared to polymeric membranes, microporous inorganic membranes such as silicoaluminophosphate-34 (SAPO-34) membrane can retain their separation performance under conditions close to industrial requirements. However, moisture and hydrocarbons in natural gas can be strongly adsorbed in the pores of those membranes, thereby reducing the membrane separation performance. Herein, we report the fabrication of a polycrystalline MIL-160 membrane on an Al 2 O 3 substrate by in situ hydrothermal synthesis. The MIL-160 membrane with a thickness of ca. 3 μm shows a remarkable molecular sieving effect in gas separation. Besides, the pore size and environment of the MIL-160 membrane can be precisely controlled using reticular chemistry by regulating the size and functionality of the ligand. Interestingly, the more polar fluorine-functionalized multivariate MIL-160/CAU-10-F membrane exhibits a 10.7% increase in selectivity for CO 2 /CH 4 separation and a 31.2% increase in CO 2 permeance compared to those of the MIL-160 membrane. In addition, hydrophobic MIL-160 membranes and MIL-160/CAU-10-F membranes are more resistant to water vapor and hydrocarbons than the hydrophilic SAPO-34 membranes.
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