Predicting of Covalent Organic Frameworks for Membrane-based Isobutene/1,3-Butadiene Separation: Combining Molecular Simulation and Machine Learning

选择性 共价键 共价有机骨架 化学 吸附 膜技术 化学工程 生化工程 有机化学 工程类 生物化学 催化作用
作者
Xiaohao Cao,Yanjing He,Zhengqing Zhang,Yuxiu Sun,Qi Han,Yandong Guo,Chongli Zhong
出处
期刊:Chemical Research in Chinese Universities [Springer International Publishing]
卷期号:38 (2): 421-427 被引量:15
标识
DOI:10.1007/s40242-022-1452-z
摘要

Efficient separation of C4 olefins is of critical importance and a challenging task in petrochemical industry. Covalent organic frameworks(COFs) could be used as promising candidates for membrane-based isobutene/1,3-butadiene(i-C4H8/C4H6) separation. Owing to large amounts of COFs appearing, however, the rapid prediction of optimal COFs is imperative before experimental efforts. In this work, we combine molecular simulation and machine learning to study COF membranes for efficient isolation of i-C4H8 over C4H6. Using molecular simulation, four potential COF membranes, which possess both high membrane performance score (MPS) value and moderate membrane selectivity were screened out and the mechanism of membrane separation further revealed is an adsorption dominated process. Further, random forest(RF) model with high prediction accuracy(R2>0.84) was obtained and used for elucidating key factors in controlling the membrane selectivity and i-C4H8 permeability. Ultimately, the optimal COF features were obtained through structure-performance relationship study. Our results may trigger experimental efforts to accelerate the design of novel COFs with better i-C4H8/C4H6 separation performance.
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