Методическая статья

Изготовление ориентированных смешанных матричных металло-органических каркасных мембран для молекулярного разделения

DOI:

10.3791/65454

⸱

6 февраля 2026 г.

 , 
1Advanced Membrane and Porous Materials Platform, Division of Physical Science and Engineering (PSE), King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), 2Functional Materials Design, Discovery and Development (FMD3), Advanced Membrane and Porous Materials Platform, Division of Physical Science and Engineering, KAUST

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Здесь мы описываем протокол изготовления смешанных матричных мембран (MMM) путём интеграции высокоселективных молекулярных сито-наполнителей (здесь — MOF) в легко обрабатываемую полимерную матрицу, что предлагает перспективный подход к сочетанию лучших свойств обоих материалов и изготовлению современных гибридных мембран с выдающейся производительностью газоразделения.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Стремление к энергоэффективным разделениям имеет первостепенное значение. Мембранное разделение может снизить чрезмерные энергетические потери, связанные с разделениями. Смешанные матричные мембраны (MMM), сочетающие легко обрабатываемые полимеры и высокоселективные адсорбенты, обладают большим потенциалом для переноса выдающихся свойств адсорбента разделения в обработанную матрицу. В данной рукописи описывается подробная методология изготовления ориентированных металло-органических мембран из смешанной матрицы (MMMOF) и их последующее применение в различных промышленно значимых и крайне сложных разделениях газовых смесей. Ориентированная мембрана MMMOF была изготовлена на основе трёх основных и взаимосвязанных критериев: (i) наполнитель молекулярного сита MOF обладает оптимальным размером и формой пор, функциональностью и взаимодействием хозяина с гостем, что избирательно способствовало диффузии желаемой молекулы газа по сравнению с другими; (ii) мастерское управление синтезом морфологии кристаллов MOF в заранее заданном кристаллографическом направлении в нанолистов с высоким аспектным отношением, обеспечивающих максимальный доступ к каналам/порам и повышая совместимость интерфейса нанолистов и полимеров, обеспечивая высокую нагрузку на нанолистов; и (iii) возможное контролируемое соединение (выравнивание в плоскости) нанолистов MOF в полимерной матрице для перевода различных молекулярных просеивающих свойств нанолистов MOF в обработанную матрицу как разновидность мембраны MMMOF. Мембрана демонстрировала беспрецедентное отделение сероводорода и углекислого газа от природного газа под высоким давлением и высокой температурой. Методы, представленные здесь нами, имеют большой потенциал для разработки различных высокоэффективных мембран для решения ключевых промышленных разделений.

Введение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Химические сепарации чрезвычайно энергозатратны и потребляют около 50% мировой промышленной энергии 1,2. Мембранные процессы разделения обладают высокой энергоэффективностью по сравнению с традиционной криогенной дистилляцией и/или адсорбционным разделением. Чистые полимерные мембраны обычно страдают от компромиссного поведения (взаимосвязь между проницаемостью и селективностью), известного как верхняя границаРобсона 3,4. Смешанные матричные мембраны (MMM), сочетающие преимущества селективных адсорбентов (эффект молекулярного просеивания и улучшенные свойства диффузии газа) и полимеров (легкая обработка в растворе), рассматриваются как агенты, разделяющие перспективы для достижения энергоэффективных и экологически устойчивыхтехнологий 5,6,7. Тем не менее, эффективная трансляция различных свойств разделения адсорбентов в обрабатываемую матрицу в виде смешанных матричных мембран остаётся серьёзной проблемой из-за сильной агломерации и оселения филлеров внутри полимерной матрицы, а также возникшей проблемы несовместимости между наполнителем и полимерным интерфейсом. В результате этих проблем достигание высокоселективных мембран затрудняется, а механические свойства мембраныснижаются 8.

Для решения проблемы совместимости пористый адсорбент, состоящий из органических частиц, способствует сцеплению с полимерной матрицей. Металлоорганические каркасы (MOF), настраиваемый класс гибридных твердотельных материалов, состоящих из металлических узлов или кластеров, координированных с многофункциональными органическимилинкерами 9,10,11, должны обеспечивать лучшую совместимость с полимерной матрицей по сравнению с чистыми неорганическимицеолитами 12. Следует отметить, что MOF получили значительное внимание как отличные адсорбенты для селективного газовогоразделения 13,14,15.

Различные MMM были сообщены с использованием изотропных или близко-изотропных филлеров (например, наночастиц). Используемые филлеры помимо MOF, включают цеолиты, мезопористый кремнезём и ковалентно-органические каркаси (COFs)5,6,7. Тем не менее, только ограниченное количество MMM демонстрирует одновременное улучшение селективности ипроницаемости 16,17,18.

Очевидно, что введение филлеров с неизотропными морфологиями, таких как нанолистов с высоким аспектным отношением, является необходимым для создания высокопроизводительныхMMM 19. Относительно большая наружная площадь поверхности и уменьшенная длина микропоровой диффузии нанолистов направно способствуют диффузии газа с сохранением молекулярной дискриминации, что значительно повышает как проницаемость, так иселективность 20. Важно, что высокие внешние площади нанолистов значительно повысят совместимость интерфейса нанолистов и полимеров по сравнению с наночастицами. Стоит отметить, что нанолистовыCu-BDC 21,22,23 и NH 2-MIL-53(Al)24 MOF использовались в MMM в качестве наполнителей, что нетипично для этих мембран показали умеренное улучшение селективности за счёт проницаемости, что подчеркивает жизненно важную важность правильного выравнивания нанолистов в полимерной матрице. Помимо производства нанолистов высокоэффективных MOF, необходимо разработать подходящую методологию, которая позволит обеспечить ключевое выравнивание нанолистов внутри полимерной матрицы. В частности, поиск нового синтетического протокола для отображения отдельных MOF структур в виде нанолистов имеет первостепенное значение, поскольку многие структуры MOF с сжатыми порами обладают уникальными свойствами адсорбции и диффузии25,26, но они несовместимы с традиционными методами эксфолиации27.

Помимо морфологии нанолистов MOF и правильного выравнивания нанолистов MOF внутри полимерной матрицы, тщательный выбор наполнителя MOF и пары полимера также является чрезвычайно важным параметром для построения высокопроизводительного MMM. Следует отметить, что эти два компонента могут иметь очень разную внутреннюю проницаемость и селективность. Поэтому, если MMM изготовлен с использованием относительно низкопроницаемого MOF наполнителя с полимером с высокой проницаемостью, то MOF будет минимально влиять на разделение газа, поскольку молекулы газа с большей вероятностью будут диффундировать/проникать через полимерную фазу. В отличие от этого, MOF с высокой проницаемостью, однако изготовленный MMM с очень низкопроницаемым полимером приводит к полимерно-доминирующему газоразделению.

В этой рукописи описывается концепция и конструкция ориентированной смешанной матричной металло-органической каркасной мембраны (MMMOF) на основе трёх основных критериев: (i) AlFFIVE-1-Ni [NiAlF 5(H2O)(pyr)2] как продвинутого молекулярного сито-заполнителя с подходящей поровой структурой, способствующей транспортировке/диффузии целевых газов (CO 2 иH2S), одновременно препятствуя диффузии других газов (CH 4 или более крупную молекулу); (ii) адаптация морфологии кристаллов AlFFIVE-1-Ni MOF по определённому кристаллографическому направлению для максимизации воздействия пор/канальной системы (нанолистов с высоким аспектным отношением); (iii) выравнивание нанолистов внутри полимерной матрицы и перевод замечательных молекулярных свойств отделения/просеивания дискретных нанолистов в макроскопическую непрерывнуюмембрану 28.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Подготовка (001) ориентированного нанолиста AlFFIVE-1-Ni MOF (рисунок 1)

ПРИМЕЧАНИЕ: (001) ориентированный нанолист AlFFIVE-1-Ni может быть синтезирован путём комбинирования двух различных растворов, содержащих прекурсор, (i) раствора металла и лиганда, а также (ii) раствора, содержащего столб, в процессе солвотермальнойреакции 28.

  1. Приготовьте металлический и лигандовый раствор, растворив 1,80 г пиразина (22,03 ммоль) и 2,20 г тетрагидрата никел-ацетата (8,84 ммоль) в 9 мл смеси этанола-H2O 2:1 (v/v) путём соникационной обработки в течение 3 минут.
  2. Приготовьте столбный раствор [AlF 5(H 2 O)], растворив 0,32 г гидроксида алюминия (4,10 ммоль) в 4 мл смеси 3:1 (v/v) HF-H2O путём соникации в течение 2 минут при комнатной температуре (RT; 25 °C).
  3. Смешайте металл, лиганд и столбы с растворами и соникуйте смесь в течение 3 минут.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Частота звуковой обработки для шагов 1.1–1.3 составляет 20 кГц.
  4. Проведите сольвотермальную реакцию при 50 °C в течение 3 дней в статических условиях.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Сольвотермальная реакция может проводиться в конической трубке объёмом 50 мл в предварительно разогретой печи.
  5. Собирайте нанолист AlFFIVE-1-Ni MOF с центробежной силой 1789 x g в течение 5 минут.
  6. Промой нанолист MOF 300 мл воды и промой его с 60 мл этанола.
  7. Подготовьте раствор нанолистов AlFFIVE-1-Ni, дисперсируя нанолист в необходимом количестве хлороформ и регулируя концентрацию нанолистов примерно до 100 мг раствора MOF/mL.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Чтобы предотвратить агломерацию, не сушите нанослой до подготовки мембраны.
  8. Подготовьте наночастицы AlFFIVE-1-Ni, используя 8,85 ммоль раствора столба [AlF 5(H 2O)]2 - вместо 4,10 ммоль [AlF 5(H2O)]2- столбногораствора 28.

2. Изготовление мембраны смешанного матричного металло-органического каркаса (MMMOF), ориентированной на [001].

  1. Используйте хлороформ как диспергаторную среду для выравнивания нанолистов внутри полимерной матрицы (рисунок 2).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Диспергаторные среды играют критическую роль в изготовлении мембраны смешанной матрицы без дефектов.
  2. Выполнить метод литья раствором для изготовления мембран MMMOF, ориентированных на [001], разной толщины.
  3. Приготовьте полимерный раствор, растворив 150 мг высушенных полиимидов (6FDA-DAM) в 2 мл хлороформа, встряхивая на механическом шейкере в течение 3 часов при RT.
  4. Возьмём необходимое количество аликвота из стандартного раствора нанолистов AlFFIVE-1-Ni (шаг 1.7). (например, 1,02 мл для 40 мл, 1,50 мл для 50% массы и 2,25 мл для мембран MMMOF с 60 массой) в стеклянном флаконе объёмом 25 мл и добавляем необходимое количество хлороформа, чтобы получить общий объём 2,5 мл.
  5. Добавьте полимерный раствор по капле в суспензию MOF и перемешайте смесь при 150 об/мин не менее 150 минут при 35 °C.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Эта смесь MOF и полимера называется доп-раствором.
  6. Вылить раствор в стеклянную чашку Петри или тарелку с политетрафторэтиленом (PTFE) на ровной поверхности.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Стеклянная чашка Петри или PTFE должна быть помещена в перчаточный мешок, предварительно насыщенный паром хлороформа, не менее чем на 10 минут.
  7. Посуду с раствором в бардачке на ночь при RT (25 °C) держите в бардачке.
  8. Обеспечить медленное испарение хлороформного растворителя для самосборки нанолистов MOF внутри полимерной матрицы (рисунок 3).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Выравнивание нанолистов MOF осуществляется за счёт медленного испарения растворителя во время подготовкимембраны 28.
  9. Отлепите отдельно стоящую мембрану MMMOF, ориентированную [001], с чашки Петри с помощью лопатки (рисунок 4).
  10. Сушите мембрану в вакуумной печи при 200 °C в течение 20 часов, чтобы удалить остатки хлороформа.
  11. Изготовление наночастиц AlFFIVE-1-Ni с мембраной смешанной матрицы по той же процедуре (шаги 2.1-2.10), но с использованием наночастиц AlFFIVE-1-Ni вместо нанолистов AlFFIVE-1-Ni.

3. Характеристика мембран, ориентированных на [001], MMMOF

  1. Получите изображение сканирующей электронной микроскопии (SEM) мембраны, подтверждающее, что нанолисты (001) равномерно выровнены по плоскости (рисунок 5A).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Перед измерением изображения SEM мембрана должна быть криогенно раздроблена жидким азотом для сохранения её микроструктур. Изображения SEM были получены с использованием Magellan 400-FEG, работающего при напряжении ускорения 1,5 кВ и эмиссионном токе 13 пА.
  2. Оценить рентгеновскую дифракцию (XRD) мембраны для определения кристаллографической ориентации (001) нанолистов в полимерной матрице (рисунок 5B).
    ПРИМЕЧАНИЕ: мембрана, ориентированная на [001], должна отображать только две основные дифракции Брэгга с двух кристаллографических плоскостей ([002], [004]) структуры AlFFIVE-1-Ni. Сбор данных XRD проводился на дифрактометре (Cu Kα = 1,54056 Å) в геометрии Брэгг-Брентано θ-θ с такими настройками: рабочая мощность: 40 кВ/40 мА; Автоматическая разклоняющаяся щель (облучённая длина = 0,6 мм), держатель для образца: плоская пластина; температура: RT; метод: метод непрерывного подсчёта (3° мин-1); Диапазон 2: 4°–40°.
  3. Провести анализ изображений ориентированной мембраны с помощью фокусированного ионного пучка SEM (FIB-SEM) для подтверждения высоко выровненного характера нанолистов и внутренней микроструктуры мембраны на обширной площади (см. рисунок 6).
    ПРИМЕЧАНИЕ: FIB-SEM — отличная техника характеристики для определения совместимости интерфейса MOF-полимер.
    1. Создайте траншею шириной около 35 мкм на верхней поверхности мембраны MMMOF и замаскируйте оставшуюся площадь отложенной платиной (рисунок 6A).
      1. Нанесите распылительное покрытие мембраны иридия. Перед помолом нанесите защитный слой толщиной Pt (0,3–0,4 мкм) на интересующие участки образца.
      2. Затем используйте ионный пучок галлия (Ga+), работающий при 5 кВ и 75-100 пА, чтобы создать траншею на верхней поверхности мембраны.
    2. Разрезать и измельчить мембрану с минимальной толщиной 50 нм с помощью FIB, при работе примерно 5 кВ и 25 пА (рисунок 6B).
    3. Соберите от 100 до 300 отдельных SEM-микрофотографий последовательных сечений, подвергшихся фрезерованию в диапазоне увеличения 12 000×–45 000x, с вторичным электронным детектором на ~1 кВ (рисунок 6C).
    4. Выровнять стек изображений по внешнему объекту поверхности мембраны с помощью алгоритма перекрёстной корреляции.
  4. Проанализировать относительные изменения вязкости нанолистов полимерной суспензии (допный раствор) относительно времени перемешивания (рисунок 7).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Реологическая характеристика довольно проста, но эффективна для прояснения усиленного взаимодействия между нанолистовами MOF и полимерами.
  5. Собирайте кривые напряжения-деформации мембран при различных нагрузках MOF и вычисляйте модуль и деформации Юнга по кривым напряжений-деформаций.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Механические свойства мембраны можно оценить с помощью анализа напряжений-деформаций.
  6. Оценить нагрузку на нанолистов MOF в ориентированной мембране методом термогравиметрического анализа.
    1. Сначала активируйте около 10 мг порошка нанолистов при N2 при 200 °C в течение 135 минут для обеспечения активации.
    2. Повысить температуру до 800 °C при скорости нагрева 10 °C·min−1 при потокеO2 и поддерживать температуру на 800 °C в течение 2 часов. Сравните остаточную массу оксида металла с начальной активированной массойMOF 28.
    3. Используйте тот же протокол (шаги 3.6.1 и 3.6.2) для мембран, содержащих нанолистов MOF, чтобы определить нагрузку MOF.
      ПРИМЕЧАНИЕ: По остаточной массе оксида металла после нагрева при 800 °C в течение 2 часов в условияхO2 можно определить содержание нанолистов MOF в мембране.

4. Оценить свойства разделения ориентированных мембран на отдельные и смешанные газы

  1. Оценить измерения пропускания одного или чистого газа с помощью самодельного метода постоянного давленияи объёма 28.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Состояние пропускания одного газа обычно при 35 °C и давлении подачи 2 бар для He,H 2,CO 2, O2, N2,CH 4, C2H4, C2H6, C3H6 и C3H 8. Использовался самодельный прибор для газоразделения. Обратитесь к нашей ранее опубликованной работе28 для подробностей настройки.
    1. Разрежьте мембрану механическим перфоратором в форму круга/монеты размером примерно 2 см2 дюйма.
    2. Закрепите мембрану на проницательную ячейку, замаскируйте её алюминиевой лентой и запечатайте эпоксидными смолами.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Герметизация мембраны с использованием эпоксидной смолы следует проводить аккуратно, чтобы избежать нежелательных отверстий.
    3. Держите выбранную часть мембраны открытой для проникновения газа.
    4. Измерьте доступную площадь мембраны для газовой проникновения с помощью сканера и измерьте толщину мембраны с помощью глубинометра.
    5. Перед проведением любого теста пропускания эвакуируйте систему проникновения при 35 °C в течение 12 часов.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Этот шаг помогает удалить адсорбированную влагу во время герметизации мембраны.
    6. Подайте газ при давлении 2 бара (давление выше по потоку) и подождите 20 минут, чтобы уравновесить температуру системы проникания.
    7. Вычислите проницаемость одного газа с помощью наклона давления вниз по течению и времени (dp/dt) при условии устойчивого состояния по следующему уравнению:
      figure-protocol-1 figure-protocol-2(1)
      ПРИМЕЧАНИЕ: P означает газопроницаемость мембраны в баррере (1 баррер = 10-10 см3(STP)·см-2·с-1·см рт.ст.), V — объём нижней камеры (см3), l — толщина мембраны (см), p0 — давление выше по потоку (cmHg), A — эффективная площадь мембраны (см2), R — газопостоянная (0,278 см3 смрт.ст.см-3 (STP) K-1), T — рабочая температура (K).
    8. Получите идеальную селективность (SA/B) газа A к газу B, используя следующее уравнение:
      figure-protocol-3(2)
      ПРИМЕЧАНИЕ: PA и PB обозначают проницаемость газов A и B соответственно.
  2. Оценить измерения проходимости смешанного газа.
    1. Для тестов на разделение смешанного газа используйте бинарную газовую смесь (CO 2/CH 4:10/90; 20/80 и 50/50) и/или тройную газовую смесь (H2S/CO 2/CH4:1/9/90; 2/18/80 и 5/5/90) для тестирования смешанного газа.
    2. Использовать модифицированное одногазовое оборудование для измерения проходности смешанного газа, которое должно быть интегрировано с микрогазовой хроматографией (Agilent 490 Micro-GC)28.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Давление подачи смешанного газа может варьироваться от 2 до 30 бар при температуре 25–100 °C.
    3. Поддерживайте сокращение ступени (коэффициент расхода пермеата к подаче) ниже 1%.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Поляризация концентрации газа на верхней стороне мембраны можно обойти таким образом, и она также будет поддерживать постоянную движущую силу через мембрану во время исследования газовой проницательности.
    4. Дайте газовой смеси проникать через мембрану до достижения устойчивой скорости прохождения, обычно выше 5 временных задержек.
    5. Эвакуируйте пермеатную смесь, а затем собирайте газовую смесь в стационарном состоянии.
    6. Разведите пермеатный газ газом He и проанализируйте газовую смесь с помощью Micro-GC.
    7. Вычислите проницаемость смешанного газа компонента i (Pi) с помощью следующего уравнения.
      figure-protocol-4(3)
      ПРИМЕЧАНИЕ: y и x — это молевые доли в пермеате и подаче соответственно, а p0 — это давление подачи компонента i.
    8. Проанализируйте селективность смешанного газа (Si/j), используя отношение проницаемости двух компонентов — i и j.
      figure-protocol-5(4)

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ориентированные нанолистовые наполнители (рисунок 1) по своей сути обладают несколькими преимуществами в MMM по сравнению с наночастицами. Относительно большая наружная площадь поверхности и уменьшенное расстояние диффузии микропор нанолистов направленно способствуют диффузии газа с сохранением молекулярной дискриминации (рисунок 2). Относительно большая площадь нанолистов по сравнению с наночастицами обеспечивает большую совмес...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Синтез ориентированных MOF нанолистов с высоким аспектным соотношением весьма сложен. В отличие от других применений, нанолисты MOF для разделения газов должны синтезироваться без поверхностно-активного вещества и/или шаблона, чтобы избежать нежелательного вещества на поверхности нанолистов MOF. Кроме того, каналы/поры нанолистов должны быть ориентированы вне плоскости, чтобы направленно способствовать диффузии газа. Каждая структура MOF имеет свой механизм роста кристаллов, поэтому одна...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Это исследование было поддержано Университетом науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST). S.J.D. и M.E. признают поддержку KAUST.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
гидроксид-гидрат алюминия (III)  Олдрич1330-44-5
Bruker D8 AdvanceBrukerNAрентгеновский дифрактометр и bbsp;
Вискозметр CAP-2000+AMETEK BrookfieldNAРеологическая характеристика
Хлороформ (99,8%)Сигма-Олдрич67-66-3
CO2/CH4 : 50/50, 20/80, 10/90 и H2S/CO2/CH4 = 1/9/90, 18.02.80, 5/5/90 Air Liquid и AHGNA
Дихлорметан (99,9%)Сигма-Олдрич75-09-2
Этанол (99,7%)VWR64-17-5
H2 (99,999%), N2 (99,999%), CO2 (99,999%), CH4 (99,999%), C3H> (99,5%), C3H8 (99,5%) Air Liquid и AHGNA
Микроскоп Helios G4 UX DualBeamThermoFisherNAFIB-SEM 
Самодельные приборы для газового разделенияNANAСм. ссылку 28 для подробностей настройки
Фторная кислота (48% массы в воде)Сигма-Олдрич7664-39-3
Магеллан 400-FEGThermoFisherNAизображения SEM 
Никель (II) ацетат тетрагидрат (99%)Органика6018-89-9
Полиимид 6FDA-DAM (Mw = 330 кДа, PDI: 2,48)Akron Polymer Systems, Inc.NA
Пиразин (99%)Олдрич290-37-9
Анализатор TA Q-5000TA InstrumentsNATGA 
Тетрагидрофуран (99%)Сигма-Олдрич109-99-9

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. U.S. Department of Energy (DOE). Materials for Separation Technology: Energy and Emission Reduction Opportunities. U.S. Department of Energy (DOE). , (2005).
  2. Sholl, D. S., Lively, R. P. Seven chemical separations to change the world. Nature. 532 (7600), 435-437 (2016).
  3. Robeson, L. M. The upper bound revisited. Journal of Membrane Science. 320 (1-2), 390-400 (2008).
  4. Gin, D. L., Noble, R. D. Designing the next generation of chemical separation membranes. Science. 332 (6030), 674-676 (2011).
  5. Koros, W. J., Zhang, C. Materials for next-generation molecularly selective synthetic membranes. Nature. Materials. 16, 289-297 (2017).
  6. Dechnik, J., Gascon, J., Doonan, C. J., Janiak, C., Sumby, C. J. Mixed-matrix membranes. Angewandte Chemie International Edition. 56 (32), 9292-9310 (2017).
  7. Chuah, C. Y., et al. Harnessing filler materials for enhancing biogas separation membranes. Chemical Reviews. 118 (18), 8655-8769 (2018).
  8. Dong, G., Lia, H., Chen, V. Challenges and opportunities for mixed-matrix membranes for gas separation. Journal of Materials Chemistry A. 1, 4610-4630 (2013).
  9. Kitagawa, S., Kitaura, R., Noro, S. Functional porous coordination polymers. Angewandte Chemie International Edition. 43 (18), 2334-2375 (2004).
  10. Eddaoudi, M., et al. Modular chemistry: secondary building units as a basis for the design of highly porous and robust metal organic carboxylate frameworks. Accounts of Chemical Research. 34 (4), 319-330 (2001).
  11. Tranchemontagne, D. J., Mendoza-Cortés, J. L., O'Keeffe, M., Yaghi, O. M. Secondary building units, nets and bonding in the chemistry of metal-organic frameworks. Chemical Society Reviews. 38, 1257-1283 (2009).
  12. Gong, H., Lee, S. S., Bae, T. -H. Mixed-matrix membranes containing inorganically surface-modified 5A zeolite for enhanced CO2/CH4 separation. Microporous and Mesoporous Materials. 237, 82-89 (2017).
  13. Lin, R. -B., et al. Molecular sieving of ethylene from ethane using a rigid metal-organic framework. Nature. Materials. 17, 1128-1133 (2018).
  14. Li, L., et al. Ethane/ethylene separation in a metal-organic framework with iron-peroxo sites. Science. 362 (6413), 443-446 (2018).
  15. Chen, Z., et al. Balancing volumetric and gravimetric uptake in highly porous materials for clean energy. Science. 368 (6488), 297-303 (2020).
  16. Bachman, J. E., Smith, Z. P., Li, T., Xu, T., Long, J. R. Enhanced ethylene separation and plasticization resistance in polymer membranes incorporating metal-organic framework nanocrystals. Nature. Materials. 15, 845-849 (2016).
  17. Liu, G., et al. Mixed matrix formulations with MOF molecular sieving for key energy-intensive separations. Nature Materials. 17, 283-289 (2018).
  18. Knebel, A., et al. Solution processable metal-organic frameworks for mixed matrix membranes using porous liquids. Nature Materials. 19, 1346-1353 (2020).
  19. Park, H. B., Kamcev, J., Robeson, L. M., Elimelech, M., Freeman, B. D. Maximizing the right stuff: The trade-off between membrane permeability and selectivity. Science. 356 (6343), (2017).
  20. Peng, Y., et al. Metal-organic framework nanosheets as building blocks for molecular sieving membranes. Science. 346 (6215), 1356-1359 (2014).
  21. Rodenas, T., et al. Metal-organic framework nanosheets in polymer composite materials for gas separation. Nature Materials. 14, 48-55 (2015).
  22. Yang, Y., Goh, K., Wang, R., Bae, T. -H. High-performance nanocomposite membranes realized by efficient molecular sieving with CuBDC nanosheets. Chemical Communications. 53, 4254-4257 (2017).
  23. Shete, M., et al. On the direct synthesis of Cu(BDC) MOF nanosheets and their performance in mixed matrix membranes. Journal of Membrane Science. 549, 312-320 (2018).
  24. Pustovarenko, A., et al. Nanosheets of nonlayered aluminum metal-organic frameworks through a surfactant-assisted method. Advanced Materials. 30 (26), 1707234(2018).
  25. Cadiau, A., et al. Hydrolytically stable fluorinated metal-organic frameworks for energy-efficient dehydration. Science. 356 (6339), 731-735 (2017).
  26. Belmabkhout, Y., et al. Natural gas upgrading using a fluorinated MOF with tuned H2S and CO2 adsorption selectivity. Nature Energy. 3, 1059-1066 (2018).
  27. Li, Y. -Z., Fu, Z. -H., Xu, G. Metal-organic framework nanosheets: Preparation and applications. Coordination Chemistry Reviews. 388, 79-106 (2019).
  28. Datta, S. J., et al. Rational design of mixed-matrix metal-organic framework membranes for molecular separations. Science. 376 (6597), 1080-1087 (2022).
  29. Liu, G., et al. Zeolite-like MOF nanocrystals incorporated 6FDA-polyimide mixed-matrix membranes for CO2/CH4 separation. Journal of Membrane Science. 565, 186-193 (2018).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи