Improved structure of Zr-BTC metal organic framework using NH2 to enhance CO2 adsorption performance

吸附 介孔材料 巴(单位) 朗缪尔吸附模型 金属有机骨架 放热反应 比表面积 化学 材料科学 化学工程 分析化学(期刊) 色谱法 物理化学 有机化学 催化作用 物理 气象学 工程类
作者
Heidar Javdani Esfahani,Shahrokh Shahhosseini,Ahad Ghaemi
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:19
标识
DOI:10.1038/s41598-023-44076-9
摘要

Modified mesoporous NH2-Zr-BTC mixed ligand MOF nanocomposites were synthesized via the hydrothermal method as a novel adsorbent for CO2 capture. The newly modified MOF-808 with NH2 demonstrated a similar mesoporous morphology as MOF-808, whereas the specific surface area, pore volume, and average particle size, respectively, increased by 15%, 6%, and 46% compared to those of MOF-808. The characterization analyses exhibited the formation of more active groups on the adsorbent surface after modification. In addition, a laboratory adsorption setup was used to evaluate the effect of temperature, pressure, and NH2 content on the CO2 adsorption capacity in the range of 25-65 °C, 1-9 bar, and 0-20 wt%, respectively. An increase in pressure and a decrease in temperature enhanced the adsorption capacity. The highest equilibrium adsorption capacity of 369.11 mg/g was achieved at 25 °C, 9 bar, and 20 wt% NH2. By adding 20 wt% NH2, the maximum adsorption capacity calculated by the Langmuir model increased by about 4% compared to that of pure MOF-808. Moreover, Ritchie second-order and Sips models were the best-fitted models to predict the kinetics and isotherm data of CO2 adsorption capacity with the high correlation coefficient (R2 > 0.99) and AARE% of less than 0.1. The ΔH°, ΔS°, and ΔG° values were - 17.360 kJ/mol, - 0.028 kJ/mol K, and - 8.975 kJ/mol, respectively, demonstrating a spontaneous, exothermic, and physical adsorption process. Furthermore, the capacity of MH-20% sample decreased from 279.05 to 257.56 mg/g after 15 cycles, verifying excellent stability of the prepared mix-ligand MOF sorbent.
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