Balancing the Kinetic and Thermodynamic Synergetic Effect of Doped Carbon Molecular Sieves for Selective Separation of C2H4/C2H6

选择性 分子筛 吸附 碳化 材料科学 空气分离 聚合 化学工程 间苯二酚 聚合物 气体分离 物理化学 有机化学 化学 催化作用 工程类 复合材料 生物化学 氧气
作者
Ru‐Shuai Liu,Miao Wang,Wen‐Cui Li,Xuejie Zhang,Cheng‐Tong Wang,Guang‐Ping Hao,An‐Hui Lu
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202401965
摘要

Abstract Selective separation of ethylene and ethane (C 2 H 4 /C 2 H 6 ) is a formidable challenge due to their close molecular size and boiling point. Compared to industry‐used cryogenic distillation, adsorption separation would offer a more energy‐efficient solution when an efficient adsorbent is available. Herein, a class of C 2 H 4 /C 2 H 6 separation adsorbents, doped carbon molecular sieves (d‐CMSs) is reported which are prepared from the polymerization and subsequent carbonization of resorcinol, m ‐phenylenediamine, and formaldehyde in ethanol solution. The study demonstrated that the polymer precursor themselves can be a versatile platform for modifying the pore structure and surface functional groups of their derived d‐CMSs. The high proportion of pores centered at 3.5 Å in d‐CMSs contributes significantly to achieving a superior kinetic selectivity of 205 for C 2 H 4 /C 2 H 6 separation. The generated pyrrolic‐N and pyridinic‐N functional sites in d‐CMSs contribute to a remarkable elevation of Henry selectivity to 135 due to the enhancement of the surface polarity in d‐CMSs. By balancing the synergistic effects of kinetics and thermodynamics, d‐CMSs achieve efficient separation of C 2 H 4 /C 2 H 6 . Polymer‐grade C 2 H 4 of 99.71% purity can be achieved with 75% recovery using the devised d‐CMSs as reflected in a two‐bed vacuum swing adsorption simulation.
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