In-situ construction of ionic ultramicroporous metal–organic frameworks for high-efficiency CO2/CH4 separation

吸附 金属有机骨架 反离子 选择性 合理设计 化学工程 离子键合 化学 选择性吸附 氢键 气体分离 纳米技术 组合化学 材料科学 无机化学 离子 有机化学 分子 催化作用 工程类 生物化学
作者
Yuke Zhang,Yi Huang,Shangqing Chen,Lijuan Shi,Jiancheng Wang,Qun Yi,Feng Pei
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:471: 144580-144580 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.144580
摘要

The high-efficiency capture of CO2 from biogas by adsorption is highly desirable, which, yet faces the challenges regards of the unsatisfactory adsorption efficiency, selectivity, and regeneration performance. Herein, ionic ultramicroporous metal organic frameworks (IUM-MOFs) with high CO2 affinity are constructed by one-step in-situ coordination strategy and used for CO2/CH4 separation. The phenoxylate anion-functionalized ionic liquid (FIL) serves as competitive ligands in the formation of IUM-MOFs. The oxyl group exhibits high affinity with CO2 as the Lewis basic center, while the rigid counterion occupies the adsorption space of CH4 in the cavities of IUM-MOFs, thus bringing about superior CO2 adsorption capacity of 149 cm3 g−1 (150% higher than that of Cu-BTC) and high IAST predicted selectivity with CH4 of 22 under atmospheric condition. Mechanism analysis demonstrated that the formation of hydrogen bonds between CO2 with coordinated IL and H2O and IL-enhanced polarity of MOFs benefit to the CO2 adsorption. In addition, the IUM-MOFs could be facilely regenerated at 120 °C with favorable recycling stability. This work provides facile strategy for the rational design of IUM-MOFs and lays useful insights for structural tuning to promote their applications.
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