Membraanscheidingstechnologie biedt grote mogelijkheden vanwege het lage energieverbruik en de continue werking. Metaal-organische raamwerken (MOF's) zijn ideale membraankandidaten vanwege hun overvloedige soorten, hoge porositeit en nauwkeurige regulatie van porie-architecturen.

Onlangs heeft een onderzoeksgroep onder leiding van prof. Yang Weishen en Assoc. Prof. Peng Yuan van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) heeft een nieuwe strategie voorgesteld van modulair maatwerk en niet-destructieve regulatie van MOF's voor efficiënte membraanscheidingen.

Dit werk is gepubliceerd in Angewandte Chemie International Edition op 16 oktober.

De onderzoekers stelden een strategie voor om op maat gemaakte defectvrije MOF-scheidingsmembranen te modulariseren. De membraanstructuur bestond uit twee parallelle modules. Eén daarvan was een discrete MOF-module gebaseerd op de kenmerken van heterogene, elkaar versterkende kernen, die leidde tot de implementatie van moleculaire massaoverdracht en -scheiding door gebruik te maken van de intrinsieke poriestructuur.

De andere was de sterk verknoopte polyamidemodule met ultralage permeabiliteit, gevormd door de beperkte interface-polymerisatieoperatie, die verantwoordelijk was voor de uitgebreide blokkering van defecten tussen MOF-modules.

Geleid door deze strategie zou de MOF-module willekeurig kunnen worden vervangen om het overeenkomstige MOF-scheidingsmembraan aan te passen, en hoogwaardige MOF-scheidingsmembranen zouden snel kunnen worden geproduceerd. Met de gewijzigde post-synthesestrategie werd het MOF-moduleskelet in het membraan zonder verlies gecontroleerd en werd de scheidingsnauwkeurigheid verdubbeld.

De onderzoekers selecteerden vier MOF's met verschillende porie-/kanaalgroottes en functionaliteiten voor batchfabricage van defectvrije MOF-membranen. Elk membraan vertoonde volledig het scheidingspotentieel volgens de MOF-poriegrootte.

Onder hen de NH₂ -Zn₂ Bim₄ membraan vertoonde een hoge H₂ /CO₂ mengselscheidingsfactor van 1656 en H₂ permeabiliteit van 964 gaspermeatie-eenheid. Door gebruik te maken van deze strategie zouden de membraanprestaties verder kunnen worden verbeterd via toepassingsgerichte post-synthetische liganduitwisseling. De H₂ /CO₂ de selectiviteit van het gereguleerde membraan was ongeveer 200% hoger dan die van het oorspronkelijke membraan.

"Deze strategie biedt een hanteerbare route om een ​​groot aantal hoogwaardige membranen aan te passen om aan verschillende scheidingsvereisten te voldoen", aldus prof. Yang.

Meer informatie: Lun Shu et al, Modulaire aanpassing en regulering van metaal-organische raamwerken voor efficiënte membraanscheidingen, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202315057

Journaalinformatie: Angewandte Chemie Internationale Editie

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen