Binary ion-exchanged ETS-4 (Sr/Ba-ETS-4): synthesis, characterization, and selective nitrogen adsorption from methane for natural gas purification

甲烷 吸附 氮气 化学 天然气 表征(材料科学) 无机化学 离子 化学工程 材料科学 有机化学 纳米技术 工程类
作者
Maryam Rashtchi,Ali Haghighi Asl,Jafar Towfighi,Saeed Soltanali
出处
期刊:Microporous and Mesoporous Materials [Elsevier BV]
卷期号:374: 113139-113139
标识
DOI:10.1016/j.micromeso.2024.113139
摘要

Several variants of ETS-4 were synthesized through single-cation and binary-cation exchange, with a particular emphasis on Sr/Ba-ETS-4. The impact of binary-cation exchange on the structural characteristics was investigated using various analytical techniques, including XRD, FESEM, EDX, ICP-MS, TGA, and FT-IR analysis. The effect of mixed Sr and Ba exchange within ETS-4 on the adsorption, separation, and kinetic behavior of nitrogen and methane gases was explored utilizing the volumetric method at 30°C and up to 100 kPa. Additionally, the investigation extended to examining the influence on diffusion coefficients employing the macropore-micropore kinetic model. ICP-MS results revealed a competitive advantage of barium in the exchange process among incoming cations. Notably, significant discrepancies in the adsorption capacity for nitrogen and methane gases were observed between the Sr-ETS-4 and Ba-ETS-4 samples. Experimental isotherm data suggested that the Sips model offered the most suitable fit, unlike the Langmuir or Freundlich models. Among the Sr/Ba-ETS-4 adsorbents investigated, the adsorbent with the highest barium content in the framework exhibited superior nitrogen adsorption capacity (0.33 mmol/g) and the lowest methane adsorption capacity (0.07 mmol/g), leading to high nitrogen over methane equilibrium selectivity (3.12) and kinetic selectivity (167.6).

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