【JACS】具有周期和非周期柔性的铜(I)三氮酸盐框架用于CO的高效分离
发布日期:2024-06-26 来源:BB电子官网平台网址 热门游戏尽在掌握v7.2.11仪器
一氧化碳(CO)的分离和去除对工业和环境都具有重要意义。化学吸附是一种很有前途的分离CO的方法,但存在解析困难,空气稳定性差,吸附非客体分子等缺点。柔性吸附剂(通常用于多孔配位聚合物(PCPs)或金属有机骨架(MOFs)的开孔/闭孔作用可以提供高吸附-解吸工作能力,然而,开孔吸附剂不能吸附低浓度的目标气体,例如会出现泄漏现象。目前,大部分的晶体-晶体结构转换是周期性的。由于客体诱导的非周期性的结构转换表征困难,很少被研究。通过使用非周期灵活性,吸附位点可以独立地转变以结合目标客体,从而获得类似I型的吸附等温线,可以解决泄漏问题。本文发现了一种MAF-2Fa的超分子异构体即MAF-2Fb,其中三角形Cu(I)离子在CO结合后可以转变为四面体(图1)。通过改变配体侧基的大小,可以合理调节CO诱导结构转化的阈值压力。它表现出CO化学吸附诱导的非周期结构转变,适用于低浓度CO混合物的分离。此外,通过两种异构体的串联连接,也可以分离高浓度的 CO混合物,且纯度高、产率高、再生能耗低。
低温下吸附及结构转变
吸附行为
动态穿透实验
进一步通过1:1的CO/N2穿透实验,揭示了MAF-2Fa和MAF-2Fb的分离能力的差异。在MAF-2Fa的1:1的CO/N2混合物穿透实验可知,在达到平衡之前,CO穿透曲线呈现一个较长的泄漏平台,对应于3~8%的CO残留浓度。在MAF-2Fb穿透实验中可以发现,CO有一个尖锐的穿透曲线(图5b)。在吸附阶段,其N2纯度均远高于MAF-2E(<0.03 mmol/g)和MAF-2Fa(<0.12 mmol/g),这显示了I型等温线去除低浓度CO的优势。然而,MAF-2Fb的纯化效率远低于MAF-2ME,这可能是由于MAF-2Fb在298 K和0.5 bar下的CO吸附量较低,这些结果表明MAF-2Fb有利于去除CO而不是富集CO。将MAF-2Fa柱和MAF-2Fb柱串联(记为MAF-2Fa+MAF-2Fb),在1:1 CO/N2混合气中显示出优异的分离效果(图5c)。在吸附阶段,其N2产率显著高于MAF-2Fa和MAF-2Fb(图5e)。
进一步对MAF-2Fa+MAF-2Fb在高相对湿度(58% RH)条件下进行了1:1 CO/N2混合穿透实验。如图5所示,其穿透曲线与干燥条件下的几乎重合,而在相对湿度为82%时,MAF-2Fb与MAF-2Fa+MAF-2Fb穿透曲线发生了显著变化。N2吸附量明显增加,导致高纯N2产率明显下降。CO吸附也增加,这增加了高纯度CO的生产率(图5e)。而在相同RH条件下,MAF-2Fa的穿透曲线重叠良好,这说明MAF-2Fb在82% RH条件下,H2O促进了其对N2和CO吸附。在82% RH下,MAF-2Fb可能是由于其不配位氮原子的存在,与MAF-2Fa相比具有较高的水吸附能力。而且在三次吸附-解吸循环后,其穿透曲线保持不变,说明H2O只辅助吸附N2和CO,而不会破坏吸附剂。
文章链接
https://doi.org/10.1021/jacs.4c01539
文章来源 NCU气体分离及催化转化课题组
BB电子官网平台网址 热门游戏尽在掌握v7.2.11 吸附表征 全系列测试方案
测样、送检咨询:杨老师
138 1051 2843(同微信)
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发布日期:2024-06-26 来源:BB电子官网平台网址 热门游戏尽在掌握v7.2.11仪器
一氧化碳(CO)的分离和去除对工业和环境都具有重要意义。化学吸附是一种很有前途的分离CO的方法,但存在解析困难,空气稳定性差,吸附非客体分子等缺点。柔性吸附剂(通常用于多孔配位聚合物(PCPs)或金属有机骨架(MOFs)的开孔/闭孔作用可以提供高吸附-解吸工作能力,然而,开孔吸附剂不能吸附低浓度的目标气体,例如会出现泄漏现象。目前,大部分的晶体-晶体结构转换是周期性的。由于客体诱导的非周期性的结构转换表征困难,很少被研究。通过使用非周期灵活性,吸附位点可以独立地转变以结合目标客体,从而获得类似I型的吸附等温线,可以解决泄漏问题。本文发现了一种MAF-2Fa的超分子异构体即MAF-2Fb,其中三角形Cu(I)离子在CO结合后可以转变为四面体(图1)。通过改变配体侧基的大小,可以合理调节CO诱导结构转化的阈值压力。它表现出CO化学吸附诱导的非周期结构转变,适用于低浓度CO混合物的分离。此外,通过两种异构体的串联连接,也可以分离高浓度的 CO混合物,且纯度高、产率高、再生能耗低。
低温下吸附及结构转变
吸附行为
动态穿透实验
进一步通过1:1的CO/N2穿透实验,揭示了MAF-2Fa和MAF-2Fb的分离能力的差异。在MAF-2Fa的1:1的CO/N2混合物穿透实验可知,在达到平衡之前,CO穿透曲线呈现一个较长的泄漏平台,对应于3~8%的CO残留浓度。在MAF-2Fb穿透实验中可以发现,CO有一个尖锐的穿透曲线(图5b)。在吸附阶段,其N2纯度均远高于MAF-2E(<0.03 mmol/g)和MAF-2Fa(<0.12 mmol/g),这显示了I型等温线去除低浓度CO的优势。然而,MAF-2Fb的纯化效率远低于MAF-2ME,这可能是由于MAF-2Fb在298 K和0.5 bar下的CO吸附量较低,这些结果表明MAF-2Fb有利于去除CO而不是富集CO。将MAF-2Fa柱和MAF-2Fb柱串联(记为MAF-2Fa+MAF-2Fb),在1:1 CO/N2混合气中显示出优异的分离效果(图5c)。在吸附阶段,其N2产率显著高于MAF-2Fa和MAF-2Fb(图5e)。
进一步对MAF-2Fa+MAF-2Fb在高相对湿度(58% RH)条件下进行了1:1 CO/N2混合穿透实验。如图5所示,其穿透曲线与干燥条件下的几乎重合,而在相对湿度为82%时,MAF-2Fb与MAF-2Fa+MAF-2Fb穿透曲线发生了显著变化。N2吸附量明显增加,导致高纯N2产率明显下降。CO吸附也增加,这增加了高纯度CO的生产率(图5e)。而在相同RH条件下,MAF-2Fa的穿透曲线重叠良好,这说明MAF-2Fb在82% RH条件下,H2O促进了其对N2和CO吸附。在82% RH下,MAF-2Fb可能是由于其不配位氮原子的存在,与MAF-2Fa相比具有较高的水吸附能力。而且在三次吸附-解吸循环后,其穿透曲线保持不变,说明H2O只辅助吸附N2和CO,而不会破坏吸附剂。
文章链接
https://doi.org/10.1021/jacs.4c01539
文章来源 NCU气体分离及催化转化课题组
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