Synthesis and Modification of Formate Zr‐MOF (ZrFA) toward Scalable and Cost‐Cutting Gas Separation

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作者
Xiao‐Hong Xiong,Liang Song,Wei Wang,Xiaoyan Zhu,Liu‐Li Meng,Hui-Ting Zheng,Zhang‐Wen Wei,Li‐Lin Tan,Xiao‐Chun Huang,Cheng‐Yong Su
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202505978
摘要

The mass production of metal‐organic frameworks (MOFs) with affordable cost is highly demanding yet limited for commercial applications, e.g., purification of polymer‐grade ethylene (C2H4) via acetylene (C2H2) and carbon dioxide (CO2) removal faces the challenge of developing low‐cost and large‐scale physisorbents with efficiency and recyclability. Herein, we developed a viable synthetic protocol to scale‐up a series of ultramicroporous Zr‐MOFs (ZrFA/ZrFA‐D/ZrFA‐D‐Cu(I)) with the simplest monocarboxylate, formate (FA), through consecutive production by recycling solvent/modulator. Besides a size‐exclusion effect disfavoring C2H4 adsorption, introduction of defective and Cu(I) sites was found to enhance gas affinity and uptake capacity. A comprehensive evaluation of C2H4 separation and economic efficiency has been proposed, suggesting the improvement of C2H2 uptake capacity is effective for the binary C2H2/C2H4 separation, while the separation process of the ternary C2H2/CO2/C2H4 mixtures depends on subtle tradeoff of complex factors and limited by challenging CO2/C2H4 separating. Notably, the large‐scale separation has been testified to significantly improve separation efficiency, and the low‐cost preparation benefits high economic efficiency. The distinct C2H2/C2H4/CO2 adsorption mechanism in ZrFA/ZrFA‐D/ZrFA‐D‐Cu(I) has been elucidated by the theoretical calculations. This work may shed a light on the future C2H4 purification technology by pushing MOF‐syntheses towards low‐cost, scale‐up, and recyclable production.
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