High‐Performance Carbon Capture with Fluorine‐Tailored Carbon Molecular Sieve Membranes

选择性 巴勒 气体分离 材料科学 化学工程 分子筛 烟气 碳纤维 渗透 有机化学 纳米技术 吸附 催化作用 化学 复合材料 生物化学 复合数 工程类 冶金
作者
Shan Xu,Guobao Li,Ruirui Yu,Pan Wang,Yunlong Ji
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (20): e2420477-e2420477 被引量:24
标识
DOI:10.1002/adma.202420477
摘要

Abstract Increasing energy consumption and climate change present an urgent global challenge to achieve carbon neutrality, with CO 2 capture as a top priority. Among various carbon capture technologies, CO 2 membrane separation stands out for its simplicity and energy efficiency in applications including gas purification and industrial gas recovery. Herein, a series of fluorine‐tailored porous carbon molecular sieve (CMS) membranes derived from precisely designed precursors, achieving a well‐balanced high permeability and selectivity for CO 2 separation are developed. Incorporating bent terphenyl monomers and both aliphatic/aromatic trifluoromethyl groups disrupted dense chain packing and promoted pore formation with enhanced permeability and selectivity for CO 2 separation. The TFM‐550 membrane, derived from a fluorinated stretched polymer backbone precursor, exhibits exceptional performance with a CO 2 permeability of 47 190 ± 3204 Barrer and a CO 2 /N 2 selectivity of 28.3 ± 5.7, while TFM‐800 presented a higher selectivity of 71.8 ± 11.5, surpassing the 2019 upper bound. Furthermore, under flue gas conditions (CO 2 /O 2 /N 2 = 1/1/4 in molar ratio), the CMS membrane demonstrate high CO 2 permeability of 36,204 ± 2,235 Barrer and outstanding CO 2 /N 2 selectivity of 35.3 ± 1.8. The results here highlight the effectiveness of fluorine tailoring and the potential of fluorinated CMS membranes for sustainable industrial carbon capture applications.
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