Highly Selective Separation of C2H2/CO2 and C2H2/C2H4 in an N-Rich Cage-Based Microporous Metal-Organic Framework

化学 乙炔 微型多孔材料 吸附 乙烯 选择性 金属有机骨架 气体分离 分子 物理化学 有机化学 催化作用 生物化学
作者
Lingzhi Yang,Wenpeng Xie,Qiuju Fu,Liting Yan,Shuo Zhang,Huimin Jiang,Liangjun Li,Xin Gu,Dandan Liu,Pengcheng Dai,Qingbin Zheng,Xuebo Zhao
出处
期刊:Adsorption Science & Technology [SAGE Publishing]
卷期号:2023 被引量:6
标识
DOI:10.1155/2023/4740672
摘要

The separation of acetylene (C 2 H 2 ) from carbon dioxide (CO 2 ) and the purification of ethylene (C 2 H 4 ) from C 2 H 2 are quite essential processes for the chemical industry. However, these processes are challenging due to their similar physical properties, including molecule sizes and boiling points. Herein, we report an N-rich cage-based microporous metal-organic framework (MOF), [Cd 5 (Tz) 9 ](NO 3 ) (termed as Cd-TZ, TZ stands for tetrazole), and its highly efficient separation of C 2 H 2 /CO 2 and C 2 H 2 /C 2 H 4 . Single-component gas adsorption isotherms reveal that Cd-TZ exhibits high C 2 H 2 adsorption capacity (3.10 mmol g -1 at 298 K and 1 bar). The N-rich cages in Cd-TZ can trap C 2 H 2 with a higher isosteric heat of adsorption (40.8 kJ mol -1 ) than CO 2 and C 2 H 4 owing to the robust host-guest interactions between the noncoordinated N atoms and C 2 H 2 , which has been verified by molecular modeling studies. Cd-TZ shows a high IAST selectivity for C 2 H 2 /CO 2 (8.3) and C 2 H 2 /C 2 H 4 (13.3). The breakthrough simulations confirm the potential for separating C 2 H 2 /CO 2 and the purification of C 2 H 4 from C 2 H 2 .
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