Turning Normal to Abnormal: Reversing CO2/C2‐Hydrocarbon Selectivity in HKUST‐1

选择性 材料科学 碳氢化合物 金属有机骨架 化学工程 吸附 解吸 动力控制 纳米技术 有机化学 催化作用 化学 工程类
作者
Mona H. Mohamed,Islam Elzeny,Joshua Samuel,Wenqian Xu,Christos D. Malliakas,Yoosuf N. Picard,Tony Pham,Lenore Miller,Adam Hogan,Brian Space,David Hopkinson,Sameh K. Elsaidi
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (19) 被引量:24
标识
DOI:10.1002/adfm.202312280
摘要

Abstract Metal–organic frameworks (MOFs) can efficiently purify hydrocarbons from CO 2 , but their rapid saturation, driven by preferential hydrocarbon adsorption, requires energy‐intensive adsorption–desorption processes. To address these challenges, an innovative approach is developed, enabling control over MOF flexibility through densification and defect engineering, resulting in an intriguing inverse CO 2 /C2 hydrocarbon selectivity. In this study, the densification process induces the shearing of the crystal lattice and contraction of pores in a defective CuBTC MOF. These changes have led to a remarkable transformation in selectivity, where the originally hydrocarbon‐selective CuBTC MOF becomes CO 2 ‐selective. The selectivity values for densified CuBTC are significantly reversed when compared to its powder form, with notable improvements observed in CO 2 /C 2 H 6 (4416 vs 0.61), CO 2 /C 2 H 4 (15 vs 0.28), and CO 2 /C 2 H 2 (4 vs 0.2). The densified material shows impressive separation, regeneration, and recyclability during dynamic breakthrough experiments with complex quinary gas mixtures. Simulation studies indicate faster CO 2 passage through the tetragonal structure of densified CuBTC compared to C 2 H 2 . Experimental kinetic diffusion studies confirm accelerated CO 2 diffusion over hydrocarbons in the densified MOF, attributed to its small pore window and minimal interparticle voids. This research introduces a promising strategy for refining existing and future MOF materials, enhancing their separation performance.
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