Tuning the Gas Separation Performance of CuBTC by Ionic Liquid Incorporation

离子液体 选择性 四氟硼酸盐 气体分离 吸附 化学 化学工程 表征(材料科学) 衍射 材料科学 纳米技术 有机化学 催化作用 生物化学 光学 物理 工程类
作者
Kutay B. Sezginel,Seda Keskın,Alper Uzun
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:32 (4): 1139-1147 被引量:136
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.5b04123
摘要

The efficient separation of gases has industrial, economic, and environmental importance. Here, the gas separation performance of a metal organic framework (MOF) is enhanced by ionic liquid (IL) incorporation. One of the most commonly used ILs, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate ([BMIM][BF4]), was incorporated into a commercially available MOF, CuBTC. Detailed characterization by combining spectroscopy with diffraction, electron microscopy, and thermal analysis confirmed that the structures were intact after incorporation. Adsorption isotherms of CH4, H2, N2, and CO2 in IL-incorporated CuBTC were experimentally measured and compared with those of pristine CuBTC. Consequently, ideal selectivities for CO2/CH4, CO2/N2, CO2/H2, CH4/N2, CH4/H2, and N2/H2 separations were calculated. The results showed that the CH4 selectivity of CuBTC over CO2, H2, and N2 gases becomes at least 1.5 times higher than that of pristine CuBTC upon the incorporation of IL. For example, the CH4/H2 selectivity of CuBTC increased from 26 to 56 at 0.2 bar when the IL loading was 30 wt %. These results show that the incorporation of ILs into MOFs can lead to unprecedented improvements in the gas separation performance of MOFs. The tunable physicochemical properties of ILs combined with a large number of possible MOF structures open up opportunities for the rational design of novel materials for meeting future energy challenges.
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