Advanced Cellulose Triacetate-Based Mixed Matrix Membranes Enhanced by Bimetallic Ni-Cu-BTC MOFs for CO2/CH4 Separation

三醋酸纤维素 双金属片 纤维素 材料科学 化学工程 基质(化学分析) 化学 复合材料 冶金 工程类 金属 生物化学
作者
Esha Asad,Ayesha Raza,Amna Safdar,Muhammad Nouman Aslam Khan,Humais Roafi
出处
期刊:Polymers [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:17 (16): 2258-2258
标识
DOI:10.3390/polym17162258
摘要

Cu-BTC (HKUST-1) metal-organic framework (MOF) is widely recognized for its carbon capture capability due to its unsaturated copper sites, high surface area, and well-defined porous structure. This study developed mixed matrix membranes (MMMs) using cellulose triacetate (CTA), incorporating bimetallic Ni-Cu-BTC MOFs for CO2/CH4 separation, and benchmarked them against membranes fabricated with monometallic Cu-BTC. CTA was selected for its biodegradability, membrane-forming properties, and cost-effectiveness. The optimized membrane with 10 wt.% Ni-Cu-BTC achieved a CO2 permeability of 22.9 Barrer at 25 °C and 5 bar-more than twice that of pristine CTA-with a CO2/CH4 selectivity of 33.8. This improvement stems from a 51.66% increase in fractional free volume, a 49.30% rise in the solubility coefficient, and a 51.94% boost in the diffusivity coefficient. Dual-sorption model analysis further confirmed enhanced solubility and adsorption mechanisms. These findings establish CTA/Ni-Cu-BTC membranes as promising candidates for high-performance CO2 separation in natural gas purification and related industrial processes.
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