Ilustración de una membrana de nanoplacas COF selectiva de CO2 superior para separación de CO2 / H2 de alto rendimiento. Crédito:Peng Yuan
Un grupo de investigación dirigido por el profesor Yang Weishen y el Dr. Peng Yuan del Instituto de Física Química de Dalian (DICP) de la Academia de Ciencias de China (CAS) desarrolló una estrategia novedosa para fabricar CO monofásico 2 -membranas de nanoplacas de estructuras orgánicas covalentes selectivas (COF) con alto contenido de CO 2 / H 2 factores de separación y alto CO 2 permeabilidad.
Este estudio fue publicado en Edición internacional Angewandte Chemie el 20 de julio.
COF bidimensionales (2D), una clase de esqueletos orgánicos cristalinos que poseen poros unidimensionales permanentes, prometen servir como materiales de membrana de alta calidad en CO 2 campo de captura. Sin embargo, sus tamaños de poro inherentes (> 0,8 nm) son demasiado grandes para proporcionar la capacidad de tamiz molecular deseada para las separaciones de gases en la actualidad.
Los investigadores exfoliaron tres tipos de COF 2D, es decir, TpPa-1, TpPa-2 y TpHz, con un tamaño de partícula promedio de 3 um y diferentes tamaños de poro en nanohojas de 2 nm de espesor. Las cristalinidades y funcionalidades intactas se conservaron bien después del tratamiento de exfoliación.
Descubrieron que incluso el TpHz con el tamaño de poro inherente relativamente más pequeño no podía exhibir el rendimiento de separación de gas deseado en una forma de membrana a granel convencional. Con nanoláminas ultrafinas que sirven como unidades de construcción de membranas, desarrollaron nuevas membranas de nanoplacas COF que exhiben microestructuras de apilamiento escalonadas distintivas.
"Al igual que la red de pesca, puede apilar varias redes de forma irregular para pescar peces pequeños, "dijo el Dr. Peng.
Las intrigantes estructuras de membrana en colaboración con el CO inherente 2 -las capacidades de adsorción selectiva de los marcos de COF dotaron a las membranas de nanoplacas de COF con una prioridad de permeación de grandes cantidades de CO 2 moléculas de CO mixto 2 / H 2 gas basado en un mecanismo de difusión superficial.
Entre las membranas, Las membranas de nanohojas de TpPa-2 con tamaño de poro medio mostraron el CO más alto 2 / H 2 factor de separación y CO 2 permeabilidad que alcanzó la meta con viabilidad comercial para separaciones de gas de síntesis.
Los investigadores identificaron que las membranas de nanoplacas de TpPa-2 exhibían poros estrechos adecuados derivados de los patrones de apilamiento escalonados, que permitió exactamente dos columnas de CO 2 moléculas para pasar y maximizar el efecto de bloqueo para el paso de H2.
Este estudio proporciona una nueva estrategia de ingeniería de poros para el diseño y fabricación de membranas de COF de alto rendimiento en el ámbito de la separación de gases.
"Aprovechando al máximo esta estrategia de ingeniería de poros, diferentes categorías de COF con estructuras de poros diversificadas pueden permitir separaciones de gas específicas basadas en membranas, "dijo el profesor Yang.
