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释放由稀缺 Fe4O2 核心构建的 3D 铁基金属有机框架的分离能力,用于升级天然气
Chemistry of Materials ( IF 7.2 ) Pub Date : 2023-09-27 , DOI: 10.1021/acs.chemmater.3c01777 Himan Dev Singh 1 , Piyush Singh 1 , Raviraju Vysyaraju 2 , Bhubesh Murugappan Balasubramaniam 2 , Deepak Rase 1 , Pragalbh Shekhar 1 , Aleena Jose 1 , Arvind Rajendran 2 , Ramanathan Vaidhyanathan 1
Chemistry of Materials ( IF 7.2 ) Pub Date : 2023-09-27 , DOI: 10.1021/acs.chemmater.3c01777 Himan Dev Singh 1 , Piyush Singh 1 , Raviraju Vysyaraju 2 , Bhubesh Murugappan Balasubramaniam 2 , Deepak Rase 1 , Pragalbh Shekhar 1 , Aleena Jose 1 , Arvind Rajendran 2 , Ramanathan Vaidhyanathan 1
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甲烷是一种重要的替代燃料,对其进行升级以提高燃料效率是当务之急。能够选择性地从天然气中去除主要杂质CO 2和N 2的固体吸附剂对此过程做出了巨大贡献。我们报道了一种多孔3D铁-MOF,通过容易获得的对苯二甲酸酯和二氨基三唑配体连接稀缺的Fe 4 O 18 N 2簇而构建。具有高密度极化胺基、芳香环和羧酸氧的一维通道吸附CO 2和极化程度更低的CH 4。MOF在273 K、1 bar下吸收4.7 mmol/g CO 2,最佳吸附热约为24.5 kJ/mol,CO 2 /N 2 IAST选择性约为26。在较高压力下,MOF 对甲烷和氮气表现出 Langmuir 型等温线,CH 4 /N 2 IAST 选择性约为 4。MOF 优异的循环稳定性得到了 TGA 和异构循环的证实。模型研究提出了胺与CO 2的相互作用,但更占主导地位的是CO 2 ···CO 2协同相互作用。在 20 bar 下,CH 4通过弱色散相互作用与许多框架位点相互作用。相反,N 2与三唑部分特异性相互作用;因此,财政部倾向于前者。使用 MD 模拟计算得出的CO 2、CH 4和 N 2扩散系数非常有利(CO 2的 Dc = 1.11 × 10 –6;CH 4 = 9.04 × 10 –6;N 2 = 1.875 × 10 –5厘米2 /秒)。动态突破性研究证实了 Fe-MOF 分离气体混合物的潜力。凭借这种 Fe-MOF 的这些有利的吸附剂特性,我们建议将其用于天然气净化过程的两阶段 PSA,阶段 I:去除 CO 2和阶段 II:去除 N 2。结果表明,易于获得的铁基胺 MOF 作为天然气提质吸附剂的潜力。使用 4 步 PSA 进行的工艺优化验证了我们的 MOF 能够产生管道运输所需的>96% 纯度的 CH 4 。
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更新日期:2023-09-27
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