Enhanced adsorption of toluene on thermally activated ZIF-67: Characterization, performance, and modeling insights

吸附 甲苯 沸石咪唑盐骨架 乙苯 化学工程 介孔材料 材料科学 化学 色谱法 金属有机骨架 有机化学 催化作用 工程类
作者
Zabiholah Damiri,Saeed Jafari,Saeed Yousefinejad,Hossein Kazemian
出处
期刊:Heliyon [Elsevier BV]
卷期号:10 (9): e30745-e30745 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.heliyon.2024.e30745
摘要

The zeolitic imidazolate framework-67 (ZIF-67) has been explored for the dynamic adsorption of toluene vapor. We synthesized ZIF-67 through a straightforward room-temperature process and characterized it using XRD, FT-IR, DLS, and SEM techniques. The synthesized ZIF-67 possessed a Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area of 1578.7 m2/g and 0.76 μm particle size. Thermal activation under various conditions revealed that ZIF-67, activated in dry air at 250 °C, demonstrated optimal adsorption efficacy. Its adsorption capacity, time of breakthrough, and time of equilibration were 414.5 mg/g, 420 min, and 795 min, respectively. We investigated the impact of diverse operational parameters on adsorption through breakthrough curve analysis. An increase in the toluene concentration from 100 to 1000 ppm enhanced the adsorption capacity from 171 to 414 mg/g, while breakthrough time decreased from 1260 min to 462 min, respectively. Our findings show that increasing relative humidity from 0 to 70 % reduced 53.7 % in adsorption capacity and 46.3 % in breakthrough time. The competitive adsorption of toluene and ethylbenzene revealed that ZIF-67 had a higher selectivity for toluene adsorption. A 98 % adsorbent's regeneration efficiency at the first cycle reveals its reusability. The experimental data were successfully fitted to the Yan, Thomas, and Yoon-Nelson models to describe the adsorption process. The statistical validation of the model parameters confirms their reliability for estimating adsorption parameters, thus facilitating the design of fixed-bed adsorption columns for practical applications.
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