Graphene-modified MIL-125-NH2 mixed matrix membranes for efficient H2 and CH4 purification

巴勒 选择性 石墨烯 甲烷 多孔性 傅里叶变换红外光谱 气体分离 金属有机骨架 磁导率 化学工程 化学 材料科学 纳米技术 有机化学 工程类 催化作用 复合材料 生物化学 吸附
作者
Samy Yousef,Andrius Tonkonogovas,Alaa Mohamed
出处
期刊:Chemosphere [Elsevier BV]
卷期号:352: 141362-141362
标识
DOI:10.1016/j.chemosphere.2024.141362
摘要

This study investigates the performance of the mixed matrix membranes (MMMs) incorporating hybrid fillers of metal-organic framework (MIL-125-NH2) and graphene nanosheets (GNs) for enhanced methane (CH₄) and hydrogen (H₂) separation in the purification sector. The physico-chemical properties of the MMMs were evaluated by SEM, XRD, FTIR, AFM, TGA, DTG, and Brunauer-Emmett-Teller. The permeability and selectivity of the MMMs were determined using different single gases (CO2, N2, H2, and CH4) at various temperatures (20-60 °C). Optimization of fabrication parameters resulted in a significant improvement in porosity and roughness of the fabricated MMMs. The permeabilities of the MOF/PES membrane are 20.3 (CO2), 23.9 (N2), 32.2 (CH4), and 24.1 (H2) x 104 Barrer, while incorporating 0.05 wt% of GNs into the MOF/PES membrane improved the permeability by 36 % (CO2), 41 % (N2), 31 % (CH4), and 370 % (H2). In addition, the H2/CO2 and H2/N2 selectivities of the MMMs significantly increased up to 4 and 3.3, with an improvements of 236 % and 230 %, respectively, compared to the MOF/PES membrane. Furthermore, the CH4/CO2 and CH4/N2 selectivities of the MMMs decreased by 4 %. Therefore, a hybrid filler (10 wt % of MIL-125-NH2 and 0.05 wt % of GNs is highly recommended to improve the permeability and selectivity of the PES membrane, expanding its potential applications in CH4 and H2 purification.
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