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Chemistry

Cristallisation électrophorétique des Membranes ultraminces cadre métallo-organiques de haute performance

Published: August 16, 2018 doi: 10.3791/58301
Automatic Translation
1, 1, 1
1Laboratory of Advanced Separations (LAS), École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)

Summary

Une approche simple, reproductible et polyvalente pour la synthèse des membranes de métallo-organiques cadre polycristallin flache, sur un large éventail de non poreux et supports non poreux est présenté.

Abstract

Nous rapportons la synthèse des membranes metal-organic framework (MOF) polycristallin mince, très présent, sur un large éventail de non modifiées supports poreux et non-poreux (polymère, céramique, métal, carbone et graphène). Nous avons développé une technique de cristallisation roman, qui est appelée l’approche du programme ENACT : l’Assemblée de noyaux électrophorétiques pour la cristallisation des couches minces hautement flache (ENACT). Cette approche permet une haute densité de nucléation hétérogène de MOF sur un substrat choisi via le dépôt électrophorétique (EPD) directement depuis le sol de précurseur. La croissance des noyaux MOF bien emballés conduit à un film MOF polycristallin fortement imbriqués. Nous montrons que cette approche simple peut être utilisée pour la synthèse de mince, flache imidazole zéolite (ZIF) -7 et ZIF-8 films. Les membranes de ZIF-8 nm d’épaisseur 500 résultantes montrent une très forte perméance de2 H (8,3 x 10-6 mol m-2 s-1 Pa-1) et les gaz parfaits sélectivités (7,3 pour H2/co2, 15,5 pour H2/n2, 16.2 pour H2/CH4et 2655 H2/c3H8). Un rendement attractif pour C3H6/c3H8 séparation est également atteint (un C3H6 perméance de 9,9 x 10-8 mol m-2 s-1 Pa-1 et C3H 6/c3H8 idéal sélectivité de 31,6 à 25 ° C). Dans l’ensemble, le processus du programme ENACT, en raison de sa simplicité, peut être étendu pour synthétiser la flache minces d’une large gamme de matériaux cristallins nanoporeux.

Introduction

Des membranes minces de tamisage moléculaires offrent une efficacité de haute énergie dans la séparation des molécules et peuvent réduire le coût global de CO2 capture, purification de l’eau, récupération des solvants, combustibles, etc.1,2. MOF est une classe prometteuse de matière pour la synthèse des membranes de tamisage moléculaires en raison de la chimie de synthèse isoreticular impliqués et relativement simple cristallisation3. À ce jour, MOF membranes comprenant des diverses structures cristallines, y compris que de ZIF-4, -7, -8, -9, -11, -67, -90 et -93 et UiO-66, HKUST-1 et MIL-53 ont été déclarés4,5. Ces membranes sont synthétisés par cristallisation des films MOF polycristallin de qualité sur un support poreux. Généralement, pour obtenir une sélectivité élevée de séparation, il est nécessaire de réduire les défauts dans le film MOF polycristallin (tels que les piqûres et les défauts de grain-limite). Une approche pratique pour réduire les défauts est à cristalliser un film épais. Sans surprise, plusieurs le précédemment signalés sur MOF, les membranes sont très épais (plus de 5 µm). Malheureusement, les films épais mener vers un chemin de diffusion longue, ce qui limite la perméabilité de la membrane. Par conséquent, alors que la sélectivité est améliorée, perméance est sacrifiée. Pour contourner ce compromis, il est impératif de développer des méthodes à cristalliser ultraminces (< 0,5 µm-épaisseur), films MOF et sans défaut.

ZIF-8 est le plus intensivement étudiées MOF pour la synthèse de la membrane, en raison de sa stabilité chimique et thermique exceptionnelle et une simple cristallisation chimie6,7. Jusqu’ici, les membranes de ZIF-8 ultraminces signalés ont été réalisées en modifiant la chimie de surface ou la topologie du substrat poreux sous-jacent, favorisant la nucléation hétérogène de ZIF-8, qui est essentiel pour un film polycristallin flache. Par exemple, Chen et al. a la synthèse de 1 film de ZIF-8 µm d’épaisseur (3-aminopropyl) modifiés triéthoxysilane TiO2-enduit poly(vinylidene fluoride) (PVDF) creux fibres8. Ils observaient une densité élevée de nucléation hétérogène et attribuaient à la modification simultanée de la chimie de surface et de la nanostructure. Le groupe Peinemann signalé une membrane ultra-mince de ZIF-8 sur un chélateurs de métaux, de prise en charge de le polythiosemicarbazide (PTSC)9. Cette capacité unique de chélateurs de métaux de PTSC a conduit à la fixation des ions de zinc, promouvoir la nucléation hétérogène de ZIF-8, qui, par la suite, conduit aux membranes de ZIF-8 haute performance. En général, tuning les propriétés chimiques du substrat et la nanostructure facilite la synthèse des membranes de haute performance de MOF ; Cependant, ces méthodes sont assez complexes et ne peuvent généralement être réappliqués pour synthétiser les membranes MOF des autres structures MOF attrayants.

Ici, nous rapportons la synthèse d’ultraminces, très enchevêtrée ZIF-8 films à l’aide d’une approche simple et versatile de cristallisation qui peut être appliquée à nouveau pour former une fine pellicule intercroissance de plusieurs matériaux cristallins10. Nous montrons des exemples de films ZIF-8 et ZIF-7 préparés sans aucun prétraitement de substrat, ce qui simplifie grandement le processus de préparation. Les films de ZIF-8 sont préparés sur un large éventail de substrats (céramique, polymère, métal, carbone et graphène). Le film de ZIF-8 500 nm d’épaisseur sur un support en oxyde d’aluminium anodique (AAO) affiche une performance de séparation attrayant. Une haute perméabilité de2 H de 8,3 x 10-6 mol m-2 s-1 Pa-1 et attrayantes sélectivités idéales de 7,3 (H2/co2), 15,5 (H2/n2), 16,2 (H2/CH4) et 2655 (H 2/c3H8) sont atteints.

L’approche de cristallisation qui permet l’exploit susmentionné est ENACT. ENACT dépôts ZIF-8 noyaux sur un substrat directement à partir de sol précurseur du cristal. L’approche utilise EPD pour un très court laps de temps (1-4 min) juste après le temps d’induction (moment où les noyaux apparaissent dans le sol de précurseur). L’application d’un champ électrique aux noyaux MOF chargés les pousse vers une électrode avec un flux qui est proportionnelle à la force du champ électrique appliqué (E), la mobilité électrophorétique du colloïde (μ) et la concentration de noyaux (Cn) comme indiqué dans les équations 1 et 2.

Equation 1
(Équation 1)

Equation 2
(Équation 2)

Ici,
v = la vitesse de dérive,
Ζ = le potentiel zêta des noyaux,
Εo = la permittivité du vide,
Εr = constante diélectrique, et
Η = la viscosité de la sol de précurseur.

Par conséquent, en contrôlant le E et le pH de la solution (qui détermine le ζ), la densité des noyaux peut être contrôlée. La croissance ultérieure des noyaux dense dans le sol de précurseur permet aux chercheurs d’obtenir un film hautement flache polycristallin.

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Protocol

ATTENTION : Lire attentivement les fiches signalétiques (FS) des produits chimiques impliqués. Certains produits chimiques utilisés dans l’expérience sont toxiques. La présente méthode implique la synthèse de nanoparticules. Par conséquent, prendre les précautions appropriées. La procédure de synthèse complète doit être effectuée sous une hotte ventilée.

Remarque : Les détails des instruments, les produits chimiques et les matériaux impliqués dans la synthèse des films MOF sont répertoriés dans le tableau 1.

1. préparation d’une Solution de sel de métal et Solution de l’éditeur de liens pour le Sol de précurseur

Remarque : Pour la synthèse de ZIF-8 film, nitrate de zinc hexahydraté [Zn (NO3)2.6H2O] est utilisé comme le sel métallique et 2-méthylimidazole (HmIm) est utilisé comme l’éditeur de liens.

  1. Pour la solution de sel métallique, dissoudre 2.75 g de Zn (NO3)2.6H2O dans 500 mL d’eau.
  2. Pour la solution de l’éditeur de liens, dissoudre 56,75 g de HmIm dans 500 mL d’eau et remuez sans cesse jusqu'à l’obtention d’une solution claire.

2. préparation des électrodes Cu

  1. Couper une feuille de cuivre de grande pureté (avec pureté de 99,9 %, 127 µm d’épaisseur) en morceaux de 4 x 4 cm.
  2. Pour la facilité de serrage de la feuille coupée à un ensemble de pinces crocodile Cu, tracez une ligne à une distance de 0,5 cm d’un des bords de la feuille carrée.
  3. Aplatir la feuille à l’aide d’un rouleau cylindrique sur une surface propre.
  4. Nettoyez soigneusement les feuilles de cuivre par sonication bain dans de l’acétone pendant 15 min, suivie par sonication bain dans l’isopropanol pendant 15 min.
  5. Faire sécher les feuilles de cuivre dans une atmosphère propre.

3. fixation des substrats à l’électrode (Cathode)

NOTE : A choisi un substrat approprié pour déposer le film MOF. La méthode peut être appliquée à AAO (Anodisc, 13 pores Hébergement de mm de diamètre avec un diamètre de pore de 0,1 µm), polyacrylonitrile (PAN, poids moléculaire de coupure : 100 kDa), Cu aluminium (pureté de 99,9 %, 25 µm d’épaisseur), un film de chemical vapor deposition-dotés de graphène reposant sur un Cu feuille11et un film de carbone maison nanoporeux reposant sur fleuret Cu12,13,14.

  1. Placez soigneusement le substrat désiré sur le centre de l’électrode de Cu à l’aide d’un ruban.
  2. Rincer le substrat/électrode avec de l’eau, suivie de l’isopropanol et encore une fois avec de l’eau pendant environ 1 min.
  3. Attacher une électrode Cu nue (4 x 4 cm) à l’anode. Fixer ensuite le substrat/électrode à la cathode.
  4. Ajuster l’espacement entre les deux électrodes à 1 cm à l’intérieur d’un bécher de verre de 100 mL.

4. adopter une procédure pour le Film de ZIF-8

  1. Mélanger 31,6 g de la solution de précurseurs métalliques et 35 g de la solution de ligand dans un bécher de 100 mL et remuez pendant 30 s à température ambiante pour former le sol précurseur.
    NOTE : Le temps d’induction de ZIF-8 dans ces conditions est inférieure à 60 s et, par conséquent, l’EPD doit être effectuée sans délai.
  2. Transférer le sol de précurseur dans le récipient hébergement les électrodes.
  3. Plonger les deux électrodes jusqu’au repère de 3,5 cm sur les électrodes.
    NOTE : De nos expériences, nous avons observé que l’application du champ électrique avant 3 min du vieillissement du sol conduit à la pénétration des plus petits noyaux ZIF-8 dans les pores des supports poreux (AAO dans ce cas précis), qui doit être évité. Par conséquent, le champ électrique est activé seulement après 3 min, lorsque les noyaux deviennent un peu plus gros.
  4. Réaliser l’EPD avec une tension de dépôts de 1 V pendant 4 min. Le courant devrait être de l’ordre de 2,5 à 3,5 mA.
  5. À la fin de l’EPD, abaissez lentement le bécher. Que l’adhérence entre les noyaux fraîchement déposés et le substrat est faible, plus grande il faut manipuler le substrat.
  6. Transférer le substrat séché à une lame de verre microscopique. Utilisez le ruban pour maintenir le substrat en place.
  7. Pour la croissance des cristaux, mélanger 31,6 g de la solution de sel métallique et 35 g de la solution de l’éditeur de liens dans un bécher de 100 mL.
  8. Placez la lame de verre microscopiques ainsi que le substrat verticalement dans la solution de précurseur et il laisser reposer durant 10 h à 30 ° C.
  9. Après jusqu'à 10 h de croissance des cristaux, rincer le substrat à l’eau pendant 30 min et sécher dans une atmosphère propre.

5. les adopter une procédure pour le Film de ZIF-7

  1. Synthétiser le film ZIF-7 sur un support AAO par une méthode similaire à celle utilisée pour le film de ZIF-8 mais avec les différences suivantes.
  2. Après avoir mélangé 0,82 g de Zn (NO3)2·6H2O dans 30 mL de diméthylformamide (DMF) et 0,72 g de benzimidazole dans 30 mL de méthanol pendant 3 min, réaliser l’EPD pendant 1 min.
  3. Synthétiser un film de ZIF-7 flache en immergeant le film de noyaux de ZIF-7 dans un sol de précurseurs contenant 0,58 g de Zn (NO3)2·6H2O, 0,3 g de benzimidazole et 30 mL de DMF à 110 ° C pendant 4 h.
  4. Après refroidissement de la solution, laver la membrane ZIF-7/AAO par trempage dans le DMF, suivie par séchage à 60 ° C pendant 12 h.

6. caractérisation et préparation membranaire

  1. Préparation de la membrane
    1. Pour la préparation d’un joint d’étanchéité, bien mélanger une proportion égale de la résine et le durcisseur et laisser le mélange pendant 1 h.
    2. Placez les membranes support-8/ZIF sur un disque en acier de 24 mm de large avec un trou de 5 mm de diamètre au centre.
    3. Les enduire le long des bords du substrat dans un premier temps et, par la suite, couvrir le substrat à l’exception de l’orifice de 5 mm de diamètre au centre.
    4. Laissez l’époxy sécher jusqu’au lendemain.
    5. Utiliser un microscope stéréo pour analyser la membrane avec une échelle de référence connue.
    6. Logiciel graphique permet de calculer la surface exposée de la membrane de l’image numérisée.
  2. Test de perméation de gaz
    NOTE : Dans nos expériences, les essais de perméation de gaz mono-composant menées par la technique de Wicke-Kallenbach dans une cellule de la maison de perméation. Les régulateurs de débit massique (MKS) et un spectromètre de masse utilisés dans la mise en place de perméation ont été étalonnés dans une fourchette de 5 % d’erreur. Contrôleurs de débit massique (MFC) réglementés de l’alimentation et le débit de gaz de balayage. AR est utilisé comme gaz de balayage qui transportait le perméat de gaz à un spectromètre de masse calibré (MS) pour une analyse en temps réel de la concentration de perméat.
    1. Placez le disque en acier avec la membrane de la cellule de perméation de l’acier inoxydable.
    2. Assurer un ajustement étanche en plaçant Viton joints toriques ci-dessus et ci-dessous le disque en acier et serrez les vis. Pour enlever l’eau adsorbée au cours de la synthèse, sécher les membranes à 130 ° C sous une atmosphère de /Ar2H jusqu'à ce qu’une perméance de2 H stable soit atteint.
    3. Placer la mise en place à l’intérieur du four et régler la température de 130 ° C.
    4. S’assurer que l’alimentation et le balayage lignes sont préchauffés.
    5. Régler le débit de gaz sur les aliments pour animaux et sur les côtés de coupe-bise à 30 mL/min.
    6. Maintenir une pression de 0,1 MPa à l’alimentation et du côté de balayage en ajustant les vannes à pointeau sur le rétentat et du côté perméat, respectivement.
    7. Calculer la perméabilité dès qu’un état d’équilibre est établi.
    8. Lentement refroidir le four (à environ 2 h) à 30 ° C et enregistrez les valeurs encore une fois un état d’équilibre est établi.

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Representative Results

Un set-up EPD maison a été utilisé pour synthétiser les films MOF (Figure 1). Numérisation d’images de microscopie électronique (MEB) et diffraction des rayons x (DRX) patrons ont été recueillies pour le film de noyaux de ZIF-8 (Figure 2). SEM a été utilisé afin d’imager les morphologies surfaces et transversales de l’AAO appui, membrane de ZIF-8/AAO, plateau, membrane de ZIF-8/PAN, ZIF-8/graphène film et membrane ZIF-7/AAO (Figure 3). La perméance de gaz des membranes ZIF-8 a été mesurée dans un module à membrane à température contrôlée (Figure 4). Le rendement de séparation de gaz obtenus des membranes ZIF-8/AAO et ZIF-8/PAN est illustré à la Figure 5. Les images de SEM ont été utilisées pour comprendre les morphologies de films les noyaux ou les films MOF. XRD patrons ont été utilisés pour déterminer la cristallinité du film noyaux. Données de perméance de gaz ont été utilisées pour analyser les propriétés de transport des membranes MOF. Le film de noyaux compact démontre que la méthode du programme ENACT est assez efficace dans le contrôle de la densité de nucléation hétérogène sur un substrat. Après la croissance, la morphologie de film observée par SEM est compact et sans trou d’épingle et semble être fortement imbriqués. Les données de perméance de gaz montrent que la sélectivité de H2/c3H8 est supérieure à 1 000, ce qui prouve que le film MOF est presque sans défaut.

Figure 1
Figure 1 : configuration de l’EPD. (un) An AAO substrat est attaché à une électrode de Cu par deux morceaux de ruban adhésif. (b) une Assemblée parallèle de la cathode et l’anode est reliée à une source d’alimentation. (c), le parallèle électrodes sont plongées dans un sol précurseur s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2 : images de SEM et patrons XRD du film noyaux ZIF-8. Les deux premiers panneaux montrent (un) une image vue de dessus de SEM du film ZIF-8 noyaux sur le soutien de l’AAO et (b) la morphologie transversale correspondante. (c) cette vue montre XRD profils du film noyaux (rouge) et des cristaux simulées (noir). Ces caractérisations démontrent que le film de noyaux de ZIF-8 est compact, ultrafin et cristalline. Cette figure est reproduite de He et al. 10 avec permission. Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 3
Figure 3 : Surface/transversale morphologies. Ces panneaux montrent des images surfaces et morphologies transversales de (a) l’AAO soutien, (b et c) le ZIF-8/AAO membrane, (d), le PAN soutien et (e et f) la membrane ZIF-8/PAN. Ces caractérisations démontrent que les films de ZIF-8 sur le soutien de l’AAO et PAN sont fortement imbriqués et ultraminces. Cette figure est reproduite de He et al. 10 avec permission. Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 4
Figure 4 : le module à membrane pour la mesure de perméabilité à gaz. Les membranes de ZIF-8 sont scellés à l’intérieur de ce module. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 5
Figure 5 : La performance de séparation de gaz obtenus des membranes ZIF-8/AAO et ZIF-8/PAN.
Les deux premiers panneaux montrent la perméance de gaz en fonction du diamètre cinétique pour (a) un ZIF-8/AAO et membrane (b) un PAN/ZIF-8 à 25 ° C et 0,1 MPa. Les deux autres panneaux indiquent la sélectivité idéale en fonction du diamètre cinétique pour (c) le ZIF-8/AAO et (d), la membrane de ZIF-8/PAN. Ces chiffres montrent la performance de séparation de gaz excellent des membranes ZIF-8, ce qui indique que les membranes de ZIF-8 sont presque sans défaut. Cette figure est reproduite de He et al. 10 avec permission. Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

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Discussion

La fonctionnalité hors concours de la méthode du programme ENACT en ce qui concerne les méthodes existantes15 , c’est que la méthode du programme ENACT permet la synthèse de films MOF hautement flache, ultraminces sur un large éventail de substrats poreux et non poreux. Le prétraitement de n’importe quel substrat est évité, rendant cette méthode très simple pour la synthèse de films MOF. Bien que l’équipement EPD doit être utilisée pour le dépôt d’un film de noyaux, l’équipement se compose d’une source d’alimentation, une électrode métallique et un bécher, qui est assez simple et accessible. Nous croyons que cette méthode ENACT facile peut être appliquée à la synthèse d’un large éventail de films cristallins.

Le processus du programme ENACT est simple à mettre en œuvre le protocole de préparation est relativement simple. Cela est particulièrement vrai pour un groupe de cristaux qui affichent la cinétique de croissance rapide même à température ambiante, comme les MOF. Le processus entier de synthèse peut être décomposé en 3 étapes ensemble : i) mise en place le montage des électrodes dans un sol de précurseur, ii) tournant sur le champ électrique à la fois début calculé à l’avance (selon la taille des noyaux) pour une période souhaitée de déposer le n uclei film et iii) tremper le film de noyaux dans le sol de précurseur pour la croissance et intercroissance ultérieur. Ce processus peut être adapté pour un éventail de matériaux cristallins. La seule condition préalable est la connaissance du temps d’induction, la taille, la densité des noyaux et la potentiel zêta. Ces informations peuvent être obtenues en caractériser la morphologie et la cristallinité des noyaux du gel de croissance par TEM et electron diffraction et en mesurant la potentiel zêta.

Pour la synthèse réussie de qualité MOF films, il y a trois considérations critiques. (i) le dépôt électrophorétique devrait être effectué qu’après le temps d’induction. Pour ce faire, il est nécessaire d’analyser l’évolution des noyaux dans le sol de précurseur en spectroscopiques ou diffraction ou techniques microscopiques. (ii) le dépôt électrophorétique des noyaux est une étape cruciale. Dans cette étape, le choix du moment de tension et des dépôts il faudrait soigneusement. Une tension trop élevée ou un temps de dépôt qui est trop long peut entraîner le dépôt d’un film épais de noyaux, et la croissance subséquente dans une couche épaisse de MOF diminue les performances globales de la membrane. En revanche, une petite tension conduira à un champ électrique faible et peut mener à la pauvre qualité du film. (iii) dans l’étape de croissance cristalline, le temps de croissance devrait être suffisamment long pour s’assurer que le film MOF qui en résulte est très présent. Si les éléments nutritifs dans le sol de précurseurs sont épuisés avant qu’un film hautement flache, un sol frais précurseur peut être utilisé.

Figure 1 a montre un substrat collé à l’électrode de Cu (cathode). Figure 1 b montre le montage parallèle de la cathode et l’anode connectée à une source d’alimentation. Les électrodes sont plongées dans un gel de précurseur pour la synthèse du film MOF (Figure 1C). Après 4 min d’EPD des noyaux, un compact, 100 nm d’épaisseur ZIF-8 noyaux film est formé sur le support de l’AAO, comme illustré dans les Figures 2 a et 2 b. Le film est composé de noyaux de ZIF-8 avec une taille moyenne d’environ 40 nm. Une XRD du film (Figure 1C) vérifie que le film de noyaux est composée de cristaux de ZIF-8.

Compact, très enchevêtrée ZIF-8 film d’une épaisseur de 500 nm est généré sur le soutien de l’AAO après avoir quitté le film de noyaux dans le sol de synthèse pendant 10 h (Figures 3 a - 3C). Un film mince de ZIF-8 (360 nm) est généré sur le support poreux (Figures 3d - 3f). Les épaisseurs de film différent peuvent être attribuées à une densité de nucléation hétérogène légèrement différente en raison des différences dans la taille des pores de l’AAO et le support poreux.

La perméance de gaz des membranes ZIF-8 a été testé dans le module membrane illustré à la Figure 4. La figure 5 montre les résultats de perméation de gaz unique pour H2, CO2, N2, CH4, C3H6et C3H8 de ZIF-8/AAO et membranes de ZIF-8/PAN. La membrane de ZIF-8/AAO montre une très forte perméance de2 H de 8,3 x 10-6 mol m-2 s-1 Pa-1et les sélectivités idéales de H2/co2, H2/n2, H2 /CH4, H2/c3H6, H2/c3H6et H2/c3H8 sont 7,3 ± 0,3, 15,5 ± 1.4, 16,2 ± 1,4, 83,9 ± 7.4 et 2655 ± 131, respectivement ; beaucoup plus élevé que les sélectivités Knudsen correspondantes. Cette performance de séparation élevé est un des meilleurs parmi les membranes MOF, qui est attribué à la couche sélective ultra-minces (500 nm) et la fonctionnalité presque exempt de la membrane. La membrane de ZIF-8/AAO montre également une forte C3H6 perméance de 9,9 x 10-8 mol m-2 s-1 Pa-1 avec une sélectivité de propylène/propane idéal de 31,6. Soutenu par l’AAO, 500 nm d’épaisseur ZIF-8 films montrent une des meilleures performances de séparation pour la purification de propylène de propane (une comparaison détaillée avec la littérature est disponible dans l’ouvrage de He et al.) 10.

La membrane de ZIF-8/PAN montre une perméance de2 H de 6,1 x 10-7 mol m-2 s-1 Pa-1et les sélectivités idéales de H2/co2, H2/n2, H2/CH4, H2/c 3 H6et H2/c3H6H2/c3H8 sont 3.3, 13.3, 11.4, 79,0 et 187. La perméance de gaz inférieure de la membrane de ZIF-8/PAN est principalement en raison de la résistance significativement plus élevée de gaz-transport de la grille de support par rapport à qui, de l’AAO, soutiennent le9.

En résumé, nous présentons un protocole reproductible de cristallisation pour films MOF et membranes. L’approche du programme ENACT permet aux chercheurs de contrôler avec précision la nucléation hétérogène en modifiant le champ électrique et le temps de dépôt, même d’une solution diluée de précurseur. La croissance du film peut être contrôlée indépendamment en choisissant différentes conditions de croissance et, par conséquent, les membranes hautes performances peuvent être synthétisés.

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Disclosures

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Acknowledgments

Nous reconnaissons notre établissement d’attache, l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), pour son soutien généreux. Ce projet reçoit une subvention Horizon 2020 recherche de l’Union européenne et programme d’innovation sous le Marie Skłodowska-Curie accorde le contrat no 665667. Les auteurs remercient Pascal Alexander Schouwink pour son aide avec XRD.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Zinc nitrate hexahydrate Sigma-Aldrich 96482-500G 98% purity
2-Methylimidazole Sigma-Aldrich M50850-500G 99% purity
Benzimidazole TCI B0054-500G 98% purity
Tape DuPont KPT-1/8
Epoxy GC Electronics 19-823
Copper foil Alfa Aesar 13380.CV 99.9% purity
Power source for EPD Gamry Instruments Interface 1000E Potentiostat
Ultrasonic cleaner MTI corporation VGT-1860QTD
AAO GE Healthcare Life Sciences‎ 6809-7013
PAN Shandong MegaVision The molecular weight cut-off is 100 kDa

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References

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Chimie numéro 138 cristallisation films minces dépôt électrophorétique ENACT gaz Cadres métallo-organiques séparation propane/propylène films polycristallins membranes de séparation les membranes inorganiques MOF membranes MOF
Cristallisation électrophorétique des Membranes ultraminces cadre métallo-organiques de haute performance
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He, G., Babu, D. J., Agrawal, K. V.… More

He, G., Babu, D. J., Agrawal, K. V. Electrophoretic Crystallization of Ultrathin High-performance Metal-organic Framework Membranes. J. Vis. Exp. (138), e58301, doi:10.3791/58301 (2018).

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