Interpenetrated Three‐Dimensional Covalent Organic Framework for Selective Adsorption of C2H2 Over CO2 and C2H4

共价有机骨架 吸附 乙炔 共价键 亚胺 材料科学 背景(考古学) 吡啶 金属有机骨架 化学 物理化学 有机化学 古生物学 催化作用 生物
作者
Sayan Maiti,Kui Tan,Shubo Geng,Amit Gupta,Peter E. VanNatta,Daqiang Yuan,Zhenjie Zhang,Gaurav Verma,Thamraa Alshahrani,Shengqian Ma
出处
期刊:Macromolecular Rapid Communications [Wiley]
卷期号:46 (18): e00317-e00317 被引量:1
标识
DOI:10.1002/marc.202500317
摘要

ABSTRACT Selective separation of acetylene (C 2 H 2 ) from carbon dioxide (CO 2 ) and ethylene (C 2 H 4 ) mixtures is critical in the petrochemical industry due to their similar size and physicochemical properties. Developing three‐dimensional porous covalent organic frameworks (3D COFs) remains challenging in this context. In this work, a non‐symmetrical 2‐phenyl pyridine based three‐dimensional covalent organic framework ( COF‐PPy) has been synthesized, which features a rare dia‐C9 fold interpenetrated structure as suggested by computational simulations. COF‐PPy exhibits high acetylene (C 2 H 2 ) adsorption capacity (4.5 mmol g −1 at 298 K), as well as excellent separation and purification performance for C 2 H 2 /CO 2 and C 2 H 2 /C 2 H 4 mixtures. The in situ‐ FTIR studies suggest that the multi‐point interactions between nitrogen centers of COF‐PPy and H‐C≡CH (COF‐Pyridine‐N···H‐C≡C‐H and COF‐imine‐N··H‐C≡CH) account for the higher affinities for C 2 H 2 over other gases. Furthermore, dynamic breakthrough studies reveal that COF‐PPy can be employed as an effective adsorbent for the efficient separation of C 2 H 2 from CO 2 and C 2 H 4 . In addition, COF‐PPy exhibits lower heat of adsorption (Q st ) values with high adsorption capacity for C 2 H 2 as compared to previously reported C 2 H 2 ‐selective adsorbents, indicating less regeneration energy. Our work therefore provides some new avenues for the design and construction of 3D COFs for efficient C 2 H 2 capture and separation.

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