CNT@Cu3(BTC)2 and Metal–Organic Frameworks for Separation of CO2/CH4 Mixture

重量分析 金属有机骨架 选择性 吸附 材料科学 朗缪尔 选择性吸附 化学工程 气体分离 弗伦德利希方程 金属 化学 有机化学 催化作用 工程类 冶金 生物化学
作者
Zhonghua Xiang,Xuan Peng,Xuan Cheng,Xiujin Li,Dapeng Cao
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:115 (40): 19864-19871 被引量:141
标识
DOI:10.1021/jp206959k
摘要

Effectively separating CO2 from the natural gas, which is one of alternative “friendly” fuels, is a very important issue. A hybrid material CNT@Cu3(BTC)2 has been prepared to separate CO2 from the CO2/CH4 mixture. For comparison of separation efficiency, a series of representative metal–organic frameworks (MOF-177, UMCM-1, ZIF-8, MIL-53 (Al), and Cu3(BTC)2) have also been synthesized by the solvothermal method. Adsorption isotherms of CO2 and CH4 pure gases are measured by Hiden Isochema Intelligent Gravimetric Analyzer (IGA-003). The dual-site Langmuir–Freundlich (DSLF)-based ideal adsorption solution theory (IAST) is used to predict adsorption of each component in the CO2/CH4 mixture. The IAST-predicted results show that the hybrid material CNT@Cu3(BTC)2 exhibits the greatest selectivity among the six materials, and its selectivity keeps in the range of 5.5 to 7.0 for equimolar CO2/CH4 mixture at 1 < p < 20 bar, which is higher than activated carbons. Moreover, the selectivity of CNT@Cu3(BTC)2 for the CO2/CH4 mixture keeps almost no change with the composition of CH4, which is one of the excellent properties as a promising separation material. In short, this hybrid material CNT@Cu3(BTC)2 shows great potential in separation and purification of CO2 from various CO2/CH4 mixtures by adsorptive processes in important industrial systems.

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