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Thin Film Composite Mixed-Matrix Membranes Based on Matrimid and Zeolitic Imidazolate Frameworks for CO2/N2 Separation Performance
Industrial & Engineering Chemistry Research ( IF 3.8 ) Pub Date : 2024-11-11 , DOI: 10.1021/acs.iecr.4c03086 Elsa Lasseuguette, Maria-Chiara Ferrari
Industrial & Engineering Chemistry Research ( IF 3.8 ) Pub Date : 2024-11-11 , DOI: 10.1021/acs.iecr.4c03086 Elsa Lasseuguette, Maria-Chiara Ferrari
Membrane-based gas separation processes are a technology in continuous evolution. Various types of polymer membranes have been developed, many exhibiting high CO2 permeability and selective properties over competing gases such as N2 and CH4. In order to be competitive, membranes must be less-expensive, more stable, and more efficient, and their production must be scalable. One solution is to develop thin-film composites with mixed-matrix membranes (TFC_MMM) that have the potential to boost productivity while maintaining low costs. In this work, TFC_MMMs containing Matrimid mixed with 12 wt % ZIF-94 were prepared by kiss coating on a porous support. The SEM analysis showed that defect-free membranes with a 3 μm selective layer have been obtained. At 1 bar, the addition of ZIF resulted in improved the separation performance for the CO2/N2 pair, with CO2 permeance of 4 GPU and CO2/N2 selectivity of 40, surpassing neat TFC-Matrimid (CO2 permeance ≈ 3 GPU, CO2/N2 selectivity ≈ 29). The use of ZIF-94 also had a stabilizing effect on the membranes against CO2 plasticization at high pressure.
中文翻译:
基于马利特酸酯和沸石咪唑酸盐框架的薄膜复合混合基质膜用于 CO2/N2 分离性能
基于膜的气体分离工艺是一项不断发展的技术。已经开发了各种类型的聚合物膜,其中许多膜表现出高 CO2 渗透性和优于 N2 和 CH4 等竞争气体的选择性。为了保持竞争力,膜必须更便宜、更稳定、更高效,并且其生产必须可扩展。一种解决方案是开发带有混合基质膜 (TFC_MMM) 的薄膜复合材料,这种复合材料有可能在保持低成本的同时提高生产力。在本工作中,通过在多孔载体上吻涂制备含有 Matrimid 与 12 wt % ZIF-94 混合物的TFC_MMMs。SEM 分析表明,已经获得了具有 3 μm 选择性层的无缺陷膜。在 1 bar 压力下,添加 ZIF 提高了 CO2/N2 对的分离性能,CO2 渗透率为 4 GPU,CO2/N2 选择性为 40,超过了纯 TFC-Matrimid(CO2 渗透性≈ 3 GPU,CO2/N2 选择性≈ 29)。ZIF-94 的使用对膜也有稳定作用,防止高压下 CO2 塑化。
更新日期:2024-11-11
中文翻译:
基于马利特酸酯和沸石咪唑酸盐框架的薄膜复合混合基质膜用于 CO2/N2 分离性能
基于膜的气体分离工艺是一项不断发展的技术。已经开发了各种类型的聚合物膜,其中许多膜表现出高 CO2 渗透性和优于 N2 和 CH4 等竞争气体的选择性。为了保持竞争力,膜必须更便宜、更稳定、更高效,并且其生产必须可扩展。一种解决方案是开发带有混合基质膜 (TFC_MMM) 的薄膜复合材料,这种复合材料有可能在保持低成本的同时提高生产力。在本工作中,通过在多孔载体上吻涂制备含有 Matrimid 与 12 wt % ZIF-94 混合物的TFC_MMMs。SEM 分析表明,已经获得了具有 3 μm 选择性层的无缺陷膜。在 1 bar 压力下,添加 ZIF 提高了 CO2/N2 对的分离性能,CO2 渗透率为 4 GPU,CO2/N2 选择性为 40,超过了纯 TFC-Matrimid(CO2 渗透性≈ 3 GPU,CO2/N2 选择性≈ 29)。ZIF-94 的使用对膜也有稳定作用,防止高压下 CO2 塑化。