【JACS】具有周期和非周期柔性的銅(I)三氮酸鹽框架用于CO的高效分離
發(fā)布日期:2024-06-26 來源:貝士德儀器
一氧化碳(CO)的分離和去除對工業(yè)和環(huán)境都具有重要意義。化學(xué)吸附是一種很有前途的分離CO的方法,但存在解析困難,空氣穩(wěn)定性差,吸附非客體分子等缺點。柔性吸附劑(通常用于多孔配位聚合物(PCPs)或金屬有機骨架(MOFs)的開孔/閉孔作用可以提供高吸附-解吸工作能力,然而,開孔吸附劑不能吸附低濃度的目標(biāo)氣體,例如會出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。目前,大部分的晶體-晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換是周期性的。由于客體誘導(dǎo)的非周期性的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換表征困難,很少被研究。通過使用非周期靈活性,吸附位點可以獨立地轉(zhuǎn)變以結(jié)合目標(biāo)客體,從而獲得類似I型的吸附等溫線,可以解決泄漏問題。本文發(fā)現(xiàn)了一種MAF-2Fa的超分子異構(gòu)體即MAF-2Fb,其中三角形Cu(I)離子在CO結(jié)合后可以轉(zhuǎn)變?yōu)樗拿骟w(圖1)。通過改變配體側(cè)基的大小,可以合理調(diào)節(jié)CO誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的閾值壓力。它表現(xiàn)出CO化學(xué)吸附誘導(dǎo)的非周期結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,適用于低濃度CO混合物的分離。此外,通過兩種異構(gòu)體的串聯(lián)連接,也可以分離高濃度的?CO混合物,且純度高、產(chǎn)率高、再生能耗低。
低溫下吸附及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變
吸附行為
動態(tài)穿透實驗
進一步通過1:1的CO/N2穿透實驗,揭示了MAF-2Fa和MAF-2Fb的分離能力的差異。在MAF-2Fa的1:1的CO/N2混合物穿透實驗可知,在達到平衡之前,CO穿透曲線呈現(xiàn)一個較長的泄漏平臺,對應(yīng)于3~8%的CO殘留濃度。在MAF-2Fb穿透實驗中可以發(fā)現(xiàn),CO有一個尖銳的穿透曲線(圖5b)。在吸附階段,其N2純度均遠高于MAF-2E(<0.03 mmol/g)和MAF-2Fa(<0.12 mmol/g),這顯示了I型等溫線去除低濃度CO的優(yōu)勢。然而,MAF-2Fb的純化效率遠低于MAF-2ME,這可能是由于MAF-2Fb在298 K和0.5 bar下的CO吸附量較低,這些結(jié)果表明MAF-2Fb有利于去除CO而不是富集CO。將MAF-2Fa柱和MAF-2Fb柱串聯(lián)(記為MAF-2Fa+MAF-2Fb),在1:1 CO/N2混合氣中顯示出優(yōu)異的分離效果(圖5c)。在吸附階段,其N2產(chǎn)率顯著高于MAF-2Fa和MAF-2Fb(圖5e)。
進一步對MAF-2Fa+MAF-2Fb在高相對濕度(58% RH)條件下進行了1:1 CO/N2混合穿透實驗。如圖5所示,其穿透曲線與干燥條件下的幾乎重合,而在相對濕度為82%時,MAF-2Fb與MAF-2Fa+MAF-2Fb穿透曲線發(fā)生了顯著變化。N2吸附量明顯增加,導(dǎo)致高純N2產(chǎn)率明顯下降。CO吸附也增加,這增加了高純度CO的生產(chǎn)率(圖5e)。而在相同RH條件下,MAF-2Fa的穿透曲線重疊良好,這說明MAF-2Fb在82% RH條件下,H2O促進了其對N2和CO吸附。在82% RH下,MAF-2Fb可能是由于其不配位氮原子的存在,與MAF-2Fa相比具有較高的水吸附能力。而且在三次吸附-解吸循環(huán)后,其穿透曲線保持不變,說明H2O只輔助吸附N2和CO,而不會破壞吸附劑。
文章鏈接
https://doi.org/10.1021/jacs.4c01539
文章來源?NCU氣體分離及催化轉(zhuǎn)化課題組
貝士德?吸附表征?全系列測試方案
測樣、送檢咨詢:楊老師
138 1051 2843(同微信)
【JACS】具有周期和非周期柔性的銅(I)三氮酸鹽框架用于CO的高效分離
發(fā)布日期:2024-06-26 來源:貝士德儀器
一氧化碳(CO)的分離和去除對工業(yè)和環(huán)境都具有重要意義。化學(xué)吸附是一種很有前途的分離CO的方法,但存在解析困難,空氣穩(wěn)定性差,吸附非客體分子等缺點。柔性吸附劑(通常用于多孔配位聚合物(PCPs)或金屬有機骨架(MOFs)的開孔/閉孔作用可以提供高吸附-解吸工作能力,然而,開孔吸附劑不能吸附低濃度的目標(biāo)氣體,例如會出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。目前,大部分的晶體-晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換是周期性的。由于客體誘導(dǎo)的非周期性的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換表征困難,很少被研究。通過使用非周期靈活性,吸附位點可以獨立地轉(zhuǎn)變以結(jié)合目標(biāo)客體,從而獲得類似I型的吸附等溫線,可以解決泄漏問題。本文發(fā)現(xiàn)了一種MAF-2Fa的超分子異構(gòu)體即MAF-2Fb,其中三角形Cu(I)離子在CO結(jié)合后可以轉(zhuǎn)變?yōu)樗拿骟w(圖1)。通過改變配體側(cè)基的大小,可以合理調(diào)節(jié)CO誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的閾值壓力。它表現(xiàn)出CO化學(xué)吸附誘導(dǎo)的非周期結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,適用于低濃度CO混合物的分離。此外,通過兩種異構(gòu)體的串聯(lián)連接,也可以分離高濃度的?CO混合物,且純度高、產(chǎn)率高、再生能耗低。
低溫下吸附及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變
吸附行為
動態(tài)穿透實驗
進一步通過1:1的CO/N2穿透實驗,揭示了MAF-2Fa和MAF-2Fb的分離能力的差異。在MAF-2Fa的1:1的CO/N2混合物穿透實驗可知,在達到平衡之前,CO穿透曲線呈現(xiàn)一個較長的泄漏平臺,對應(yīng)于3~8%的CO殘留濃度。在MAF-2Fb穿透實驗中可以發(fā)現(xiàn),CO有一個尖銳的穿透曲線(圖5b)。在吸附階段,其N2純度均遠高于MAF-2E(<0.03 mmol/g)和MAF-2Fa(<0.12 mmol/g),這顯示了I型等溫線去除低濃度CO的優(yōu)勢。然而,MAF-2Fb的純化效率遠低于MAF-2ME,這可能是由于MAF-2Fb在298 K和0.5 bar下的CO吸附量較低,這些結(jié)果表明MAF-2Fb有利于去除CO而不是富集CO。將MAF-2Fa柱和MAF-2Fb柱串聯(lián)(記為MAF-2Fa+MAF-2Fb),在1:1 CO/N2混合氣中顯示出優(yōu)異的分離效果(圖5c)。在吸附階段,其N2產(chǎn)率顯著高于MAF-2Fa和MAF-2Fb(圖5e)。
進一步對MAF-2Fa+MAF-2Fb在高相對濕度(58% RH)條件下進行了1:1 CO/N2混合穿透實驗。如圖5所示,其穿透曲線與干燥條件下的幾乎重合,而在相對濕度為82%時,MAF-2Fb與MAF-2Fa+MAF-2Fb穿透曲線發(fā)生了顯著變化。N2吸附量明顯增加,導(dǎo)致高純N2產(chǎn)率明顯下降。CO吸附也增加,這增加了高純度CO的生產(chǎn)率(圖5e)。而在相同RH條件下,MAF-2Fa的穿透曲線重疊良好,這說明MAF-2Fb在82% RH條件下,H2O促進了其對N2和CO吸附。在82% RH下,MAF-2Fb可能是由于其不配位氮原子的存在,與MAF-2Fa相比具有較高的水吸附能力。而且在三次吸附-解吸循環(huán)后,其穿透曲線保持不變,說明H2O只輔助吸附N2和CO,而不會破壞吸附劑。
文章鏈接
https://doi.org/10.1021/jacs.4c01539
文章來源?NCU氣體分離及催化轉(zhuǎn)化課題組
貝士德?吸附表征?全系列測試方案
測樣、送檢咨詢:楊老師
138 1051 2843(同微信)