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Mixed Matrix Membranes with Surface Functionalized Metal–Organic Framework Sieves for Efficient Propylene/Propane Separation
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2023-04-12 , DOI: 10.1002/adma.202300296 Youdong Cheng 1 , Biplab Joarder 1 , Shuvo Jit Datta 1 , Norah Alsadun 1, 2 , Daria Poloneeva 3 , Dong Fan 4 , Rushana Khairova 3 , Anastasiya Bavykina 3 , Jiangtao Jia 1 , Osama Shekhah 1 , Aleksander Shkurenko 1 , Guillaume Maurin 4 , Jorge Gascon 3 , Mohamed Eddaoudi 1
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2023-04-12 , DOI: 10.1002/adma.202300296 Youdong Cheng 1 , Biplab Joarder 1 , Shuvo Jit Datta 1 , Norah Alsadun 1, 2 , Daria Poloneeva 3 , Dong Fan 4 , Rushana Khairova 3 , Anastasiya Bavykina 3 , Jiangtao Jia 1 , Osama Shekhah 1 , Aleksander Shkurenko 1 , Guillaume Maurin 4 , Jorge Gascon 3 , Mohamed Eddaoudi 1
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Membrane technology, regarded as an environmentally friendly and sustainable approach, offers great potential to address the large energy penalty associated with the energy-intensive propylene/propane separation. Quest for molecular sieving membranes for this important separation is of tremendous interest. Here, a fluorinated metal–organic framework (MOF) material, known as KAUST-7 (KAUST: King Abdullah University of Science and Technology) with well-defined narrow 1D channels that can effectively discriminate propylene from propane based on a size-sieving mechanism, is successfully incorporated into a polyimide matrix to fabricate molecular sieving mixed matrix membranes (MMMs). Markedly, the surface functionalization of KAUST-7 nanoparticles with carbene moieties affords the requisite interfacial compatibility, with minimal nonselective defects at polymer–filler interfaces, for the fabrication of a molecular sieving MMM. The optimal membrane with a high MOF loading (up to 45 wt.%) displays a propylene permeability of ≈95 barrer and a mixed propylene/propane selectivity of ≈20, far exceeding the state-of-the-art upper bound limits. Moreover, the resultant membrane exhibits robust structural stability under practical conditions, including high pressures (up to 8 bar) and temperatures (up to 100 °C). The observed outstanding performance attests to the importance of surface engineering for the preparation and plausible deployment of high-performance MMMs for industrial applications.
中文翻译:
具有表面功能化金属有机框架筛的混合基质膜可有效分离丙烯/丙烷
膜技术被认为是一种环保且可持续的方法,为解决与能源密集型丙烯/丙烷分离相关的巨大能源损失提供了巨大的潜力。寻找用于这种重要分离的分子筛膜引起了极大的兴趣。这里,一种氟化金属有机框架(MOF)材料,被称为 KAUST-7(KAUST:阿卜杜拉国王科技大学),具有明确的窄一维通道,可以基于尺寸筛分机制有效区分丙烯和丙烷,成功地融入聚酰亚胺基质中以制造分子筛混合基质膜(MMM)。显然,带有卡宾部分的 KAUST-7 纳米粒子的表面功能化提供了必要的界面相容性,在聚合物-填料界面处具有最小的非选择性缺陷,用于分子筛 MMM 的制造。具有高 MOF 负载量(高达 45 wt.%)的最佳膜表现出约 95 barrer 的丙烯渗透性和约 20 的混合丙烯/丙烷选择性,远远超过了最先进的上限。此外,所得膜在实际条件下表现出强大的结构稳定性,包括高压(高达8巴)和温度(高达100°C)。观察到的出色性能证明了表面工程对于工业应用高性能 MMM 的制备和合理部署的重要性。%)显示出约 95 barrer 的丙烯渗透率和约 20 的混合丙烯/丙烷选择性,远远超过了最先进的上限。此外,所得膜在实际条件下表现出强大的结构稳定性,包括高压(高达8巴)和温度(高达100°C)。观察到的出色性能证明了表面工程对于工业应用高性能 MMM 的制备和合理部署的重要性。%)显示出约 95 barrer 的丙烯渗透率和约 20 的混合丙烯/丙烷选择性,远远超过了最先进的上限。此外,所得膜在实际条件下表现出强大的结构稳定性,包括高压(高达8巴)和温度(高达100°C)。观察到的出色性能证明了表面工程对于工业应用高性能 MMM 的制备和合理部署的重要性。
更新日期:2023-04-12
中文翻译:
具有表面功能化金属有机框架筛的混合基质膜可有效分离丙烯/丙烷
膜技术被认为是一种环保且可持续的方法,为解决与能源密集型丙烯/丙烷分离相关的巨大能源损失提供了巨大的潜力。寻找用于这种重要分离的分子筛膜引起了极大的兴趣。这里,一种氟化金属有机框架(MOF)材料,被称为 KAUST-7(KAUST:阿卜杜拉国王科技大学),具有明确的窄一维通道,可以基于尺寸筛分机制有效区分丙烯和丙烷,成功地融入聚酰亚胺基质中以制造分子筛混合基质膜(MMM)。显然,带有卡宾部分的 KAUST-7 纳米粒子的表面功能化提供了必要的界面相容性,在聚合物-填料界面处具有最小的非选择性缺陷,用于分子筛 MMM 的制造。具有高 MOF 负载量(高达 45 wt.%)的最佳膜表现出约 95 barrer 的丙烯渗透性和约 20 的混合丙烯/丙烷选择性,远远超过了最先进的上限。此外,所得膜在实际条件下表现出强大的结构稳定性,包括高压(高达8巴)和温度(高达100°C)。观察到的出色性能证明了表面工程对于工业应用高性能 MMM 的制备和合理部署的重要性。%)显示出约 95 barrer 的丙烯渗透率和约 20 的混合丙烯/丙烷选择性,远远超过了最先进的上限。此外,所得膜在实际条件下表现出强大的结构稳定性,包括高压(高达8巴)和温度(高达100°C)。观察到的出色性能证明了表面工程对于工业应用高性能 MMM 的制备和合理部署的重要性。%)显示出约 95 barrer 的丙烯渗透率和约 20 的混合丙烯/丙烷选择性,远远超过了最先进的上限。此外,所得膜在实际条件下表现出强大的结构稳定性,包括高压(高达8巴)和温度(高达100°C)。观察到的出色性能证明了表面工程对于工业应用高性能 MMM 的制备和合理部署的重要性。