In-situ etching MOF nanoparticles for constructing enhanced interface in hybrid membranes for gas separation

纳米颗粒 气体分离 选择性 化学工程 材料科学 巴勒 蚀刻(微加工) 聚合物 化学 纳米技术 图层(电子) 有机化学 复合材料 催化作用 生物化学 工程类
作者
Huiyuan Jiao,Yanshu Shi,Zhiyi Wu,Feng Zhang,Kuan Lu,Yatao Zhang,Zhenggong Wang,Jian Jin
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier]
卷期号:666: 121146-121146 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2022.121146
摘要

Metal-organic frameworks (MOFs) based hybrid membranes have great potential for energy-efficient gas separation. However, the defective interface structure greatly depresses their separation performance. In this work, a distinctive interfacial design strategy via in-situ etching ZIF-8 nanoparticles is proposed to construct hybrid membranes with nearly defect-free interfaces. The nanoscale etching of ZIF-8 nanoparticles in polymer matrix with acid group (PI-COOHx) is well controlled by the amount of carboxyl group and reaction time. Owing to the strong coordination interaction between Zn2+ ions and –COOH groups, the residual ZIF-8 nanoparticles are tightly wrapped by polymer matrix. Molecular simulation was performed to study the in-situ etching ZIF-8 in PI-COOHx matrix in molecular level. The resulted hybrid membranes (PI-COOHx/E-ZIF-8) exhibit simultaneously enhanced permeability and selectivity with increasing filler loading content. Benefiting from the rational interfacial design, the effective loading content of ZIF-8 nanoparticles is up to 50 wt% for PI-COOH20/E-ZIF-8 membrane. The H2, CO2, and O2 permeability of the membrane are 3058.6, 1429.0, and 459.0 Barrer, increasing by 468.5%, 288.3% and 348.2%, respectively, of pristine PI-COOH20 membrane, and the gas selectivity for H2/N2, H2/CH4, O2/N2, and CO2/CH4 gas pairs are greatly improved from 20.3, 23.4, 3.9 and 16.0 of pristine PI-COOH20 membrane to 30.7, 37.6, 4.6 and 17.6. The comprehensive separation performance for H2/N2, H2/CH4, and O2/N2 gas pairs surpass the 2008 upper bound and approach the 2015 upper bound. Meanwhile, the CO2 plasticization resistance of PI-COOH20/E-ZIF-8 membrane also achieves significant improvement from 6 bar of PI-COOH20 membrane to 27 bar. This work provides an effective and robust strategy to effectively enhance the interfacial compatibility of hybrid membranes.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
1秒前
buder发布了新的文献求助10
3秒前
mimi123完成签到,获得积分20
4秒前
淡然元彤应助阿海采纳,获得10
4秒前
yangquanquan完成签到,获得积分10
11秒前
小汤圆发布了新的文献求助10
11秒前
清脆的修洁完成签到,获得积分20
13秒前
彭于晏应助常一斩采纳,获得10
16秒前
机智的白猫完成签到 ,获得积分10
17秒前
一切顺利发布了新的文献求助10
18秒前
隐形曼青应助快乐小白采纳,获得10
18秒前
Jasper应助企鹅采纳,获得10
18秒前
19秒前
20秒前
阿中发布了新的文献求助10
21秒前
21秒前
崩溃发布了新的文献求助10
22秒前
23秒前
23秒前
23秒前
哎嘤斯坦完成签到,获得积分10
23秒前
山柏先生完成签到,获得积分10
23秒前
23秒前
六公主发布了新的文献求助10
24秒前
25秒前
cm发布了新的文献求助10
26秒前
烟尘之上发布了新的文献求助10
26秒前
27秒前
小汤圆完成签到,获得积分20
28秒前
鲨鱼辣椒发布了新的文献求助10
29秒前
29秒前
song应助牛智山采纳,获得20
29秒前
lullaby发布了新的文献求助10
29秒前
可爱迪应助崩溃采纳,获得10
32秒前
严珍珍发布了新的文献求助10
33秒前
所所应助lullaby采纳,获得10
37秒前
37秒前
coll88完成签到,获得积分10
40秒前
40秒前
42秒前
高分求助中
Active principle of croton oil. VII. Phorbol 500
The three stars each: the Astrolabes and related texts 500
Revolutions 400
Diffusion in Solids: Key Topics in Materials Science and Engineering 400
Phase Diagrams: Key Topics in Materials Science and Engineering 400
少脉山油柑叶的化学成分研究 350
Sphäroguß als Werkstoff für Behälter zur Beförderung, Zwischen- und Endlagerung radioaktiver Stoffe - Untersuchung zu alternativen Eignungsnachweisen: Zusammenfassender Abschlußbericht 300
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 有机化学 工程类 生物化学 纳米技术 物理 内科学 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 电极 光电子学 量子力学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 2444258
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2120743
关于积分的说明 5390221
捐赠科研通 1849053
什么是DOI,文献DOI怎么找? 919874
版权声明 562041
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 492085