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Separation of High-Purity C2H2 from Binary C2H2/CO2 Using Robust Al-Based MOFs Comprising Nitrogen-Containing Heterocyclic Dicarboxylate
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2023-12-20 , DOI: 10.1021/acsami.3c16849
Se-Min Jeong 1, 2 , Donghyun Kim 1, 3 , Ju Yeon Park 1 , Ji Woong Yoon 1 , Su-Kyung Lee 1 , Jong Suk Lee 2 , Donghui Jo 1 , Kyung Ho Cho 1 , U-Hwang Lee 1, 4
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2023-12-20 , DOI: 10.1021/acsami.3c16849
Se-Min Jeong 1, 2 , Donghyun Kim 1, 3 , Ju Yeon Park 1 , Ji Woong Yoon 1 , Su-Kyung Lee 1 , Jong Suk Lee 2 , Donghui Jo 1 , Kyung Ho Cho 1 , U-Hwang Lee 1, 4
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In this study, three nitrogen-containing aluminum-based metal–organic frameworks (Al-MOFs), namely, CAU-10pydc, MOF-303, and KMF-1, were investigated for the efficient separation of a C2H2/CO2 gas mixture. Among these three Al-MOFs, KMF-1 demonstrated the highest selectivity for C2H2/CO2 separation (6.31), primarily owing to its superior C2H2 uptake (7.90 mmol g–1) and lower CO2 uptake (2.82 mmol g–1) compared to that of the other two Al-MOFs. Dynamic breakthrough experiments, using an equimolar binary C2H2/CO2 gas mixture, demonstrated that KMF-1 achieved the highest separation performance. It yielded 3.42 mmol g–1 of high-purity C2H2 (>99.95%) through a straightforward desorption process under He purging at 298 K and 1 bar. To gain insights into the distinctive characteristics of the pore surfaces of structurally similar CAU-10pydc and KMF-1, we conducted computational simulations using canonical Monte Carlo and dispersion-corrected density functional theory methods. These simulations revealed that the secondary amine (C2N–H) groups in KMF-1 played a more significant role in differentiating between C2H2 and CO2 compared to that of the N atoms in CAU-10pydc and MOF-303. Consequently, KMF-1 emerged as a promising adsorbent for the separation of high-purity C2H2 from binary C2H2/CO2 gas mixtures.
中文翻译：
使用包含含氮杂环二羧酸盐的鲁棒铝基 MOF 从二元 C2H2/CO2 中分离高纯度 C2H2
在本研究中，研究了三种含氮铝基金属有机框架（Al-MOF），即CAU-10pydc、MOF-303和KMF-1，用于有效分离C 2 H 2 /CO 2气体混合物。在这三种 Al-MOF 中，KMF-1 对 C 2 H 2 /CO 2分离表现出最高的选择性 (6.31)，这主要是由于其优异的 C 2 H 2吸收 (7.90 mmol g –1 ) 和较低的 CO 2吸收 ( 2.82 mmol g –1 ) 与其他两种 Al-MOF 相比。使用等摩尔二元C 2 H 2 /CO 2气体混合物的动态突破实验表明KMF-1 实现了最高的分离性能。在 298 K 和 1 bar 的 He 吹扫下，通过简单的解吸过程，得到 3.42 mmol g –1高纯度 C 2 H 2 (>99.95%)。为了深入了解结构相似的 CAU-10pydc 和 KMF-1 孔隙表面的独特特征，我们使用规范蒙特卡罗和色散校正密度泛函理论方法进行了计算模拟。这些模拟表明，与 CAU-10pydc 和 MOF-303 中的 N 原子相比，KMF-1 中的仲胺 (C 2 N–H) 基团在区分 C 2 H 2和 CO 2方面发挥着更重要的作用。因此，KMF-1 成为一种有前途的吸附剂，用于从二元 C 2 H 2 /CO 2气体混合物中分离高纯度 C 2 H 2 。
更新日期：2023-12-20
中文翻译：
使用包含含氮杂环二羧酸盐的鲁棒铝基 MOF 从二元 C2H2/CO2 中分离高纯度 C2H2
在本研究中，研究了三种含氮铝基金属有机框架（Al-MOF），即CAU-10pydc、MOF-303和KMF-1，用于有效分离C 2 H 2 /CO 2气体混合物。在这三种 Al-MOF 中，KMF-1 对 C 2 H 2 /CO 2分离表现出最高的选择性 (6.31)，这主要是由于其优异的 C 2 H 2吸收 (7.90 mmol g –1 ) 和较低的 CO 2吸收 ( 2.82 mmol g –1 ) 与其他两种 Al-MOF 相比。使用等摩尔二元C 2 H 2 /CO 2气体混合物的动态突破实验表明KMF-1 实现了最高的分离性能。在 298 K 和 1 bar 的 He 吹扫下，通过简单的解吸过程，得到 3.42 mmol g –1高纯度 C 2 H 2 (>99.95%)。为了深入了解结构相似的 CAU-10pydc 和 KMF-1 孔隙表面的独特特征，我们使用规范蒙特卡罗和色散校正密度泛函理论方法进行了计算模拟。这些模拟表明，与 CAU-10pydc 和 MOF-303 中的 N 原子相比，KMF-1 中的仲胺 (C 2 N–H) 基团在区分 C 2 H 2和 CO 2方面发挥着更重要的作用。因此，KMF-1 成为一种有前途的吸附剂，用于从二元 C 2 H 2 /CO 2气体混合物中分离高纯度 C 2 H 2 。
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