Mixed Matrix Membranes with Surface Functionalized Metal–Organic Framework Sieves for Efficient Propylene/Propane Separation

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作者
Youdong Cheng,Biplab Joarder,Shuvo Jit Datta,Norah Alsadun,Daria Poloneeva,Dong Fan,Rushana Khairova,Anastasiya Bavykina,Jiangtao Jia,Osama Shekhah,Aleksander Shkurenko,Guillaume Maurin,Jorge Gascón,Mohamed Eddaoudi
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (25) 被引量:53
标识
DOI:10.1002/adma.202300296
摘要

Membrane technology, regarded as an environmentally friendly and sustainable approach, offers great potential to address the large energy penalty associated with the energy-intensive propylene/propane separation. Quest for molecular sieving membranes for this important separation is of tremendous interest. Here, a fluorinated metal-organic framework (MOF) material, known as KAUST-7 (KAUST: King Abdullah University of Science and Technology) with well-defined narrow 1D channels that can effectively discriminate propylene from propane based on a size-sieving mechanism, is successfully incorporated into a polyimide matrix to fabricate molecular sieving mixed matrix membranes (MMMs). Markedly, the surface functionalization of KAUST-7 nanoparticles with carbene moieties affords the requisite interfacial compatibility, with minimal nonselective defects at polymer-filler interfaces, for the fabrication of a molecular sieving MMM. The optimal membrane with a high MOF loading (up to 45 wt.%) displays a propylene permeability of ≈95 barrer and a mixed propylene/propane selectivity of ≈20, far exceeding the state-of-the-art upper bound limits. Moreover, the resultant membrane exhibits robust structural stability under practical conditions, including high pressures (up to 8 bar) and temperatures (up to 100 °C). The observed outstanding performance attests to the importance of surface engineering for the preparation and plausible deployment of high-performance MMMs for industrial applications.
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