Effects of the Morphology of the ZIF on the CO2 Separation Performance of MMMs

选择性 巴勒 渗透 化学工程 沸石咪唑盐骨架 磁导率 材料科学 气体分离 咪唑酯 形态学(生物学) 化学 有机化学 金属有机骨架 吸附 催化作用 生物 生物化学 工程类 遗传学
作者
Jing Deng,Zhongde Dai,Liyuan Deng
出处
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research [American Chemical Society]
卷期号:59 (32): 14458-14466 被引量:31
标识
DOI:10.1021/acs.iecr.0c01946
摘要

In this study, three zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs) with different shapes—particles (0D), microneedles (1D), and leaves (2D)—were synthesized by tuning the polymeric additives. These ZIFs have been dispersed into a Pebax 2533 matrix with a loading varying from 0 to 20 wt %. The resultant mixed matrix membranes (MMMs) have been systemically characterized by various techniques. A mixed gas permeation experiment was also employed to evaluate the CO2 separation performance. The results show that there exists an optimal ZIF loading for these three series of membranes, but the values are highly dependent on the morphologies of the added ZIFs. The membranes containing ZIF particles and microneedles display the highest CO2 permeability and CO2/N2 selectivity simultaneously at 10 wt % loading, while a much lower loading, that is, ∼5 wt %, is the optimized value for ZIF leaves. Moreover, the increment in CO2 permeability is related to the ZIFs’ morphology and the order is 0D < 1D < 2D. On the other hand, the effects of the morphology on selectivity seems to be the opposite, with the ZIF of the 0D structure showing the highest selectivity. Moreover, the influences of adding ZIF fillers on the performances of the resultant MMMs under varied operating temperatures and the feed pressures were also investigated. The membrane with a 10 wt % 1D ZIF shows the highest increment in CO2 permeability (727.4 Barrer) with a CO2/N2 selectivity of ∼14 at 60 °C.

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