Membranseparationsteknologi erbjuder stor potential tack vare sin låga energiförbrukning och kontinuerliga drift. Metallorganiska ramverk (MOF) är idealiska membrankandidater på grund av deras rikliga arter, höga porositet och exakta reglering av porarkitekturer.
Nyligen har en forskargrupp ledd av Prof. Yang Weishen och Assoc. Prof. Peng Yuan från Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) har föreslagit en ny strategi för modulär anpassning och oförstörande reglering av MOF för effektiva membranseparationer.
Detta arbete publicerades i Angewandte Chemie International Edition den 16 oktober.
Forskarna föreslog en strategi för att modularisera anpassade defektfria MOF-separationsmembran. Membranstrukturen bestod av två parallella moduler. Den ena var en diskret MOF-modul baserad på egenskaperna hos heterogena ömsesidigt förstärkande kärnor, vilket ledde till implementeringen av molekylmassaöverföring och separation genom att utnyttja den inneboende porstrukturen.
Den andra var den mycket tvärbundna polyamidmodulen med ultralåg permeabilitet som bildades av polymerisationsoperationen med begränsat gränssnitt, som var ansvarig för den omfattande blockaden av defekter mellan MOF-moduler.
Med ledning av denna strategi kan MOF-modulen ersättas slumpmässigt för att anpassa motsvarande MOF-separationsmembran, och högpresterande MOF-separationsmembran kan snabbt produceras. Med den modifierade postsyntesstrategin kontrollerades MOF-modulskelettet i membranet utan förlust och separationsnoggrannheten fördubblades.
Forskarna valde ut fyra MOF:er med olika por-/kanalstorlekar och funktioner för batchtillverkning av defektfria MOF-membran. Varje membran uppvisade fullständigt separationspotentialen enligt MOF-porstorleken.
Bland dem NH2 -Zn2 Bim4 membranet uppvisade ett högt H2 /CO2 blandningsseparationsfaktor på 1656 och H2 permeabilitet för 964 gaspermeationsenhet. Genom att dra fördel av denna strategi kan membranprestandan förbättras ytterligare via applikationsorienterat postsyntetisk ligandutbyte. H2 /CO2 selektiviteten för det reglerade membranet var ungefär 200 % högre än det för det ursprungliga membranet.
"Den här strategin ger en lättillgänglig väg för att anpassa en myriad av högpresterande membran för att möta olika separationskrav", säger professor Yang.
Mer information: Lun Shu et al, Modular Customization and Regulation of Metal-Organic Frameworks for Efficient Membrane Separations, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202315057
Journalinformation: Angewandte Chemie International Edition
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
