High-capacity methane storage in flexible alkane-linked porous aromatic network polymers

化学工程 吸附 材料科学 天然气 共价有机骨架 解吸 甲烷 聚合物 热能储存 多孔性 有机化学 化学 复合材料 热力学 物理 工程类
作者
Vepa Rozyyev,Damien Thirion,Ruh Ullah,Joosung Lee,Minji Jung,Hyunchul Oh,Mert Atilhan,Cafer T. Yavuz
出处
期刊:Nature Energy [Nature Portfolio]
卷期号:4 (7): 604-611 被引量:143
标识
DOI:10.1038/s41560-019-0427-x
摘要

Adsorbed natural gas (ANG) technology is a viable alternative to conventional liquefied or compressed natural-gas storage. Many different porous materials have been considered for adsorptive, reversible methane storage, but fall short of the US Department of Energy targets (0.5 g g−1, 263 l l−1). Here, we prepare a flexible porous polymer, made from benzene and 1,2-dichloroethane in kilogram batches, that has a high methane working capacity of 0.625 g g−1 and 294 l l−1 when cycled between 5 and 100 bar pressure. We suggest that the flexibility provides rapid desorption and thermal management, while the hydrophobicity and the nature of the covalently bonded framework allow the material to tolerate harsh conditions. The polymer also shows an adsorbate memory effect, where a less adsorptive gas (N2) follows the isotherm profile of a high-capacity adsorbate (CO2), which is attributed to the thermal expansion caused by the adsorption enthalpy. The high methane capacity and memory effect make flexible porous polymers promising candidates for ANG technology. Adsorbing natural gas in porous materials is a potential storage alternative to conventional approaches based on liquefaction or compression, but higher capacities are required for commercial viability. Here, the authors employ porous covalent organic polymers that are flexible but robust, leading to high storage capacities and cyclability.
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