A novel IL/MOF/polymer mixed matrix membrane having superior CO2/N2 selectivity

选择性 巴勒 离子液体 聚合物 材料科学 化学工程 热重分析 高分子化学 气体分离 化学 有机化学 复合材料 生物化学 工程类 催化作用
作者
Nitasha Habib,Özce Durak,Muhammad Zeeshan,Alper Uzun,Seda Keskın
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:658: 120712-120712 被引量:88
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2022.120712
摘要

In this work, we synthesized an ionic liquid (IL)/metal organic framework (MOF) composite, 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate/copper-1,3,5-benzenetricarboxylate ([EMIM][OAc]/CuBTC) and used it as a filler in a polymer, Pebax, to fabricate novel IL/MOF/polymer mixed matrix membranes (MMMs). CuBTC/Pebax and [EMIM][OAc]/CuBTC/Pebax MMMs having different filler loadings of 10, 15, and 20 wt.% were prepared by solution casting method and characterized using various techniques including X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), infrared spectroscopy (IR), and thermogravimetric analysis (TGA). Uniform dispersion of MOF and IL/MOF fillers in the MMMs was observed. Incorporation of IL/MOF composite into Pebax significantly improved CO 2 permeability and CO 2 /N 2 selectivity of the polymer by 2.5- and 5.5-times, respectively. Gas permeability measurements showed that the MMM having 15 wt.% IL/MOF loading exhibits significantly higher CO 2 permeability of 335 Barrer and CO 2 /N 2 selectivity of 176 than the Pebax membrane having CO 2 permeability of 135 Barrer and CO 2 /N 2 selectivity of 32. CO 2 /N 2 selectivity of the [EMIM][OAc]/CuBTC/Pebax MMM with 15 wt.% [EMIM][OAc]/CuBTC filler loading was the highest among the selectivity values reported for other types of IL/MOF/polymer MMMs in the literature. All the CuBTC/Pebax MMMs and [EMIM][OAc]/CuBTC/Pebax MMMs that we fabricated in this work exceeded the Robeson's updated upper bound, showing the excellent potential of these novel membranes for CO 2 /N 2 separation.
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