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多站重量法氣體蒸氣吸附儀助力天工大團(tuán)隊(duì)在《Nature Materials》發(fā)表新成果：玻璃泡沫自支撐膜對(duì)CH4/N2的分離

多站重量法氣體蒸氣吸附儀助力天工大團(tuán)隊(duì)在《Nature Materials》發(fā)表新成果：玻璃泡沫自支撐膜對(duì)CH4/N2的分離

發(fā)布日期：2023-06-14 來(lái)源：貝士德儀器 點(diǎn)擊量：2988

具有超高滲透性和實(shí)用選擇性的膜可以大大降低復(fù)雜的工業(yè)氣體分離（如CH4/N2分離）的成本,。自支撐多孔膜形式的MOF玻璃已被報(bào)道用于常規(guī)氣體分離,。它們保留了結(jié)晶MOFs的超微孔，但它們的長(zhǎng)程無(wú)序與不連續(xù)的孔和低氣體滲透率有關(guān),，從而限制了它們?cè)诶щy的氣體分離中的適用性,。另外,，目前的泡沫顯示出由孔誘導(dǎo)劑產(chǎn)生的連續(xù)中孔或大孔，但這些大孔徑比氣體分子大得多,，因此不適合分離,。

近日，天津工業(yè)大學(xué)仲崇立/喬志華教授團(tuán)隊(duì)與天津大學(xué),、劍橋大學(xué)等單位合作在《自然·材料》（Nature Materials, IF: 47.656）發(fā)表的題為“ZIF-62 glass foam self-supported membranes to address CH4/N2?separations”的學(xué)術(shù)論文中報(bào)道了一種自支撐MOF玻璃泡沫膜,，在具有發(fā)達(dá)孔道的同時(shí)，保留了材料的超微孔特性,，可兼具高分離選擇性和超高氣體通量,，同時(shí)擁有泡沫和玻璃的優(yōu)點(diǎn)并具有良好的機(jī)械性能?，展現(xiàn)出廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景,。

a.?agfZIF-62的制備工藝

該玻璃泡沫膜通過(guò)“聚合物熱分解輔助的MOF熔融”策略合成,。通過(guò)調(diào)控聚合物的分子量等參數(shù)，使ZIF-62熔融先于聚合物分解發(fā)生,。隨后,，聚合物熱分解產(chǎn)生的氣體分子脫附，產(chǎn)生大量的泡沫結(jié)構(gòu),，最終形成孔道結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)且富含金屬空位的自支撐ZIF-62玻璃泡沫膜,。


b.agfZIF-62的形成途徑和機(jī)理

文中，作者使用BSD-VVS型重量法氣體蒸氣吸附儀表征了agfZIF-62和agZIF-62在溫度273K,、5?torr壓力條件下的吸附動(dòng)力學(xué)性能,，使用BSD-PH型高壓氣體吸附儀表征了agfZIF-62和agZIF-62在0-30bar，273 K條件下高壓二氧化碳?xì)怏w吸附解吸等溫線,，結(jié)果表明agfZIF-62的CO2吸附速率比agZIF-62快得多,，并且其吸附能力也更高，這意味著氣體在agfZIF-62中的擴(kuò)散比在agZIF-6中快得多,。這表明agfZIF-62的孔連續(xù)性比agZIF-62好得多,，并且agfZIF-62的孔隙率比agZIF-62高。


在273 K、5 torr的壓力下,，agfZIF-62,、agZIF-62對(duì)二氧化碳的時(shí)間-吸附量吸附動(dòng)力學(xué)曲線。

在0-30bar,，273 K條件下,，agfZIF-62、agZIF-62對(duì)高壓二氧化碳?xì)怏w的吸附解吸等溫線,。

文中采用厚度為200~330μm,、面積為8.55 cm2的自支撐圓形agfZIF-62用于膜分離。該膜表現(xiàn)良好的CH4/N2選擇性,，且滲透率為30000–50000?氣體滲透率單位,，比其他報(bào)道的膜高大約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。


a,，不同厚度的agfZIF-62膜的純氣體透性和選擇性,；b，agfZIF-62膜與其他報(bào)道的具有高性能值的膜的氣體分離性能的比較


原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41563-023-01545-w

多站重量法氣體蒸氣吸附儀助力天工大團(tuán)隊(duì)在《Nature Materials》發(fā)表新成果：玻璃泡沫自支撐膜對(duì)CH4/N2的分離

發(fā)布日期：2023-06-14 來(lái)源：貝士德儀器 點(diǎn)擊量：2988

具有超高滲透性和實(shí)用選擇性的膜可以大大降低復(fù)雜的工業(yè)氣體分離（如CH4/N2分離）的成本,。自支撐多孔膜形式的MOF玻璃已被報(bào)道用于常規(guī)氣體分離,。它們保留了結(jié)晶MOFs的超微孔，但它們的長(zhǎng)程無(wú)序與不連續(xù)的孔和低氣體滲透率有關(guān),，從而限制了它們?cè)诶щy的氣體分離中的適用性,。另外，目前的泡沫顯示出由孔誘導(dǎo)劑產(chǎn)生的連續(xù)中孔或大孔,，但這些大孔徑比氣體分子大得多,，因此不適合分離。

近日,，天津工業(yè)大學(xué)仲崇立/喬志華教授團(tuán)隊(duì)與天津大學(xué),、劍橋大學(xué)等單位合作在《自然·材料》（Nature Materials, IF: 47.656）發(fā)表的題為“ZIF-62 glass foam self-supported membranes to address CH4/N2?separations”的學(xué)術(shù)論文中報(bào)道了一種自支撐MOF玻璃泡沫膜，在具有發(fā)達(dá)孔道的同時(shí),，保留了材料的超微孔特性,，可兼具高分離選擇性和超高氣體通量，同時(shí)擁有泡沫和玻璃的優(yōu)點(diǎn)并具有良好的機(jī)械性能?,，展現(xiàn)出廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景,。

a.?agfZIF-62的制備工藝

該玻璃泡沫膜通過(guò)“聚合物熱分解輔助的MOF熔融”策略合成。通過(guò)調(diào)控聚合物的分子量等參數(shù),，使ZIF-62熔融先于聚合物分解發(fā)生,。隨后,，聚合物熱分解產(chǎn)生的氣體分子脫附，產(chǎn)生大量的泡沫結(jié)構(gòu),，最終形成孔道結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)且富含金屬空位的自支撐ZIF-62玻璃泡沫膜,。


b.agfZIF-62的形成途徑和機(jī)理

文中，作者使用BSD-VVS型重量法氣體蒸氣吸附儀表征了agfZIF-62和agZIF-62在溫度273K,、5?torr壓力條件下的吸附動(dòng)力學(xué)性能,，使用BSD-PH型高壓氣體吸附儀表征了agfZIF-62和agZIF-62在0-30bar，273 K條件下高壓二氧化碳?xì)怏w吸附解吸等溫線,，結(jié)果表明agfZIF-62的CO2吸附速率比agZIF-62快得多,，并且其吸附能力也更高，這意味著氣體在agfZIF-62中的擴(kuò)散比在agZIF-6中快得多,。這表明agfZIF-62的孔連續(xù)性比agZIF-62好得多,，并且agfZIF-62的孔隙率比agZIF-62高。


在273 K,、5 torr的壓力下,，agfZIF-62,、agZIF-62對(duì)二氧化碳的時(shí)間-吸附量吸附動(dòng)力學(xué)曲線,。

在0-30bar，273 K條件下,，agfZIF-62,、agZIF-62對(duì)高壓二氧化碳?xì)怏w的吸附解吸等溫線。

文中采用厚度為200~330μm,、面積為8.55 cm2的自支撐圓形agfZIF-62用于膜分離,。該膜表現(xiàn)良好的CH4/N2選擇性，且滲透率為30000–50000?氣體滲透率單位,，比其他報(bào)道的膜高大約兩個(gè)數(shù)量級(jí),。


a，不同厚度的agfZIF-62膜的純氣體透性和選擇性,；b,，agfZIF-62膜與其他報(bào)道的具有高性能值的膜的氣體分離性能的比較


原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41563-023-01545-w