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Redefining the Robeson upper bounds for CO2/CH4 and CO2/N2 separations using a series of ultrapermeable benzotriptycene-based polymers of intrinsic microporosity†
Energy & Environmental Science ( IF 32.4 ) Pub Date : 2019-07-23 00:00:00 , DOI: 10.1039/c9ee01384a Bibiana Comesaña-Gándara 1, 2, 3, 4, 5 , Jie Chen 1, 2, 3, 4, 5 , C. Grazia Bezzu 1, 2, 3, 4, 5 , Mariolino Carta 5, 6, 7, 8, 9 , Ian Rose 1, 2, 3, 4, 5 , Maria-Chiara Ferrari 5, 10, 11, 12, 13 , Elisa Esposito 14, 15, 16, 17 , Alessio Fuoco 14, 15, 16, 17 , Johannes C. Jansen 14, 15, 16, 17 , Neil B. McKeown 1, 2, 3, 4, 5
Energy & Environmental Science ( IF 32.4 ) Pub Date : 2019-07-23 00:00:00 , DOI: 10.1039/c9ee01384a Bibiana Comesaña-Gándara 1, 2, 3, 4, 5 , Jie Chen 1, 2, 3, 4, 5 , C. Grazia Bezzu 1, 2, 3, 4, 5 , Mariolino Carta 5, 6, 7, 8, 9 , Ian Rose 1, 2, 3, 4, 5 , Maria-Chiara Ferrari 5, 10, 11, 12, 13 , Elisa Esposito 14, 15, 16, 17 , Alessio Fuoco 14, 15, 16, 17 , Johannes C. Jansen 14, 15, 16, 17 , Neil B. McKeown 1, 2, 3, 4, 5
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Membranes composed of Polymers of Intrinsic Microporosity (PIMs) have the potential for energy efficient industrial gas separations. Here we report the synthesis and gas permeability data of a series of ultrapermeable PIMs, of two-dimensional chain conformation and based on benzotriptycene structural units, that demonstrate remarkable ideal selectivity for most gas pairs of importance. In particular, the CO2 ultrapermeability and high selectivity for CO2 over CH4, of key importance for the upgrading of natural gas and biogas, and for CO2 over N2, of importance for cost-effective carbon capture from power plants, exceed the performance of the current state-of-the-art polymers. All of the gas permeability data from this series of benzotriptycene-based PIMs are placed well above the current 2008 Robeson upper bounds for CO2/CH4 and CO2/N2. Indeed, the data for some of these polymers fall into a linear correlation on the benchmark Robeson plots [i.e. log(PCO2/PCH4) versus log PCO2 and log(PCO2/PN2) versus log PCO2], which are parallel to, but significantly above, that of the 2008 CO2/CH4 and CO2/N2 upper bounds, allowing their revision. The redefinition of these upper bounds sets new aspirational targets for polymer chemists to aim for and will result in more attractive parametric estimates of energy and cost efficiencies for carbon capture and natural/bio gas upgrading using state-of-the-art CO2 separation membranes.
中文翻译：
使用一系列具有固有微孔性的超渗透苯并三茂基聚合物， 重新定义了CO 2 / CH 4和CO 2 / N 2分离的Robeson上限†
由本征微孔性聚合物（PIM）组成的膜具有用于工业高效气体分离的潜力。在这里，我们报告了一系列超渗透性PIM的合成和气体渗透性数据，这些数据具有二维链构象并基于苯并三苯并烯结构单元，对大多数重要的气体对显示出显着的理想选择性。特别地，CO 2 ultrapermeability和CO的高选择性2超过CH 4的天然气和沼气的升级关键重要性，和用于CO 2在N 2对于从电厂进行具有成本效益的碳捕集具有重要意义的碳纳米管，已经超过了当前最先进的聚合物的性能。来自这一系列基于苯并三茂基的PIM的所有气体渗透率数据都远高于当前2008年Robeson的CO 2 / CH 4和CO 2 / N 2上限。实际上，其中一些聚合物的数据在基准Robeson图上为线性相关[即log（P CO 2 / P CH 4）与log P CO 2和log（P CO 2 / P N2）与logPCO 2 ]的对数 ，它们与2008 CO2/ CH4和CO2/ N2的上限平行，但明显高于2008 CO2/ CH4和CO2/ N2的上限，因此可以对其进行修正。对这些上限的重新定义为聚合物化学家设定了新的理想目标，以利用最先进的CO2分离膜进行碳捕获和天然气/生物气提质，从而对能源和成本效率进行更具吸引力的参数估计。。
更新日期：2019-07-23
中文翻译：
使用一系列具有固有微孔性的超渗透苯并三茂基聚合物， 重新定义了CO 2 / CH 4和CO 2 / N 2分离的Robeson上限†
由本征微孔性聚合物（PIM）组成的膜具有用于工业高效气体分离的潜力。在这里，我们报告了一系列超渗透性PIM的合成和气体渗透性数据，这些数据具有二维链构象并基于苯并三苯并烯结构单元，对大多数重要的气体对显示出显着的理想选择性。特别地，CO 2 ultrapermeability和CO的高选择性2超过CH 4的天然气和沼气的升级关键重要性，和用于CO 2在N 2对于从电厂进行具有成本效益的碳捕集具有重要意义的碳纳米管，已经超过了当前最先进的聚合物的性能。来自这一系列基于苯并三茂基的PIM的所有气体渗透率数据都远高于当前2008年Robeson的CO 2 / CH 4和CO 2 / N 2上限。实际上，其中一些聚合物的数据在基准Robeson图上为线性相关[即log（P CO 2 / P CH 4）与log P CO 2和log（P CO 2 / P N2）与logPCO 2 ]的对数 ，它们与2008 CO2/ CH4和CO2/ N2的上限平行，但明显高于2008 CO2/ CH4和CO2/ N2的上限，因此可以对其进行修正。对这些上限的重新定义为聚合物化学家设定了新的理想目标，以利用最先进的CO2分离膜进行碳捕获和天然气/生物气提质，从而对能源和成本效率进行更具吸引力的参数估计。。
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