Mixed matrix membranes (MMMs) using an emerging metal-organic framework (MUF-15) for CO2 separation

化学工程 金属有机骨架 材料科学 剥脱关节 气体分离 纳米复合材料 化学 纳米技术 选择性 有机化学 催化作用 石墨烯 吸附 生物化学 工程类
作者
Hang Yin,Adil Alkaş,Yiming Zhang,Yatao Zhang,Shane G. Telfer
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:609: 118245-118245 被引量:72
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2020.118245
摘要

Inorganic fillers can largely determine the ultimate performance of mixed matrix membranes (MMMs). The identification of new inorganic fillers is therefore crucial for the continued development of MMMs. MMMs that contain metal-organic framework (MOF) fillers have been extensively investigated. However, high-performance MOF fillers remain scarce and are in high demand. In this study, MUF-15 (Massey University Framework-15), an emerging MOF possessing exceptional physicochemical properties, was combined into MMM with PIM-1 for the first time. Owing to its intrinsic ability to discriminate different guest molecules, MUF-15 is an excellent filler that delivers MMMs with exceptional CO2 separation properties. Also, the layered structure of MUF-15 enabled the exfoliation of crystalline nanosheets leading to the significant enhancements of both CO2 permeability and selectivity even when only a small quantity of <5 wt% was incorporated. In addition, MUF-15 fillers could effectively inhibit the physical aging process of PIM-1 membranes. After 35 days, MMMs with a 2 wt% loading of MUF-15 nanosheets showed 155 % higher CO2 permeability, with identical CO2/N2 selectivity (25.5), relative to pristine PIM-1 membranes, which all still surpassed the 2008 upper bound. The isoreticular chemical modification of MUF-15 is proposed as a strategy to increase to further improve the MMM performance.

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