MIL-101 Metal–Organic Framework Functionalized with Flexible l-Tyrosine Ligands for Enhanced Greenhouse Gas Capture

金属有机骨架 温室气体 酪氨酸 化学 金属 组合化学 纳米技术 化学工程 环境化学 材料科学 有机化学 生物化学 工程类 生物 生态学 吸附
作者
Ning Jiang,Yi Tang,Chenbin Xu,Bo Chen,Wei Xu,Jian Cheng,Yulin Zhu,Min Mao
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:13 (26): 10153-10164 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.5c03638
摘要

To address environmental challenges such as global warming, we have synthesized a series of l-tyrosine-modified MIL-101 materials (X% Tyr-MIL-101, X = 0, 3, 5, 7, 10, 13) via an amino-acid functionalization strategy for greenhouse-gas capture. BET measurements suggest that l-tyrosine partially substitutes H2BDC in a monocoordinated fashion, dramatically enhancing specific surface area; notably, 7% Tyr-MIL-101 achieves a record 2891 m2/g, compared to 1269 m2/g for the unmodified analogue. Comprehensive characterization by FTIR, pore-size distribution, PXRD, SEM and TG-DSC confirms successful integration of l-tyrosine into the MIL-101 framework, concomitant with pore expansion, augmented pore volume, improved crystallinity and morphology and retained thermal stability. Static adsorption studies reveal that 7% Tyr-MIL-101 adheres to a Langmuir monolayer mechanism for CO2, CH4, CF4, NF3, N2, SF6 and C2F6, and demonstrates excellent regenerability, delivering uptake increases of approximately 66%, 57%, 81%, 71%, 77%, 79% and 76%, respectively, relative to 0% Tyr-MIL-101. In dynamic breakthrough tests, 7% Tyr-MIL-101 exhibits separation factors of 30.9 (SF6/N2), 27.9 (C2F6/N2), 26.9 (CO2/N2), 7.5 (NF3/N2), 7.4 (CF4/N2) and 5.6 (CH4/N2), all exceeding their ideal single-component values, demonstrating exceptional selectivity. In summary, our novel monocoordinated, flexible-ligand modification yields 7% Tyr-MIL-101 with both high adsorption capacities and outstanding separation performance for multiple greenhouse gases, providing a robust experimental foundation for the development of next-generation greenhouse-gas capture and separation technologies.
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