La tecnologia di separazione a membrana offre un grande potenziale grazie al basso consumo energetico e al funzionamento continuo. Le strutture metallo-organiche (MOF) sono candidate ideali per la membrana grazie alla loro abbondanza di specie, all'elevata porosità e alla precisa regolazione delle architetture dei pori.
Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Yang Weishen e dall'Assoc. Il prof. Peng Yuan del Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) ha proposto una nuova strategia di personalizzazione modulare e regolazione non distruttiva dei MOF per separazioni efficienti delle membrane.
Questo lavoro è stato pubblicato in Angewandte Chemie International Edition il 16 ottobre.
I ricercatori hanno proposto una strategia per modularizzare membrane di separazione MOF personalizzate e prive di difetti. La struttura della membrana era costituita da due moduli paralleli. Uno era un modulo MOF discreto basato sulle caratteristiche di nuclei eterogenei che si rinforzano reciprocamente, che ha portato all'implementazione del trasferimento e della separazione di massa molecolare sfruttando la struttura intrinseca dei pori.
L'altro era il modulo in poliammide altamente reticolato e a bassissima permeabilità formato dall'operazione di polimerizzazione dell'interfaccia confinata, responsabile del blocco completo dei difetti tra i moduli MOF.
Guidati da questa strategia, il modulo MOF potrebbe essere sostituito in modo casuale per personalizzare la corrispondente membrana di separazione MOF e si potrebbero produrre rapidamente membrane di separazione MOF ad alte prestazioni. Con la strategia di post-sintesi modificata, lo scheletro del modulo MOF nella membrana è stato controllato senza perdite e la precisione della separazione è stata raddoppiata.
I ricercatori hanno selezionato quattro MOF con diverse dimensioni di pori/canali e funzionalità per la fabbricazione in batch di membrane MOF prive di difetti. Ciascuna membrana mostrava completamente il potenziale di separazione in base alla dimensione dei pori del MOF.
Tra questi, l'NH2 -Zn2 Bim4 la membrana mostrava un H2 elevato /CO2 fattore di separazione della miscela pari a 1656 e H2 permeabilità dell'unità di permeazione del gas 964. Sfruttando questa strategia, le prestazioni della membrana potrebbero essere ulteriormente migliorate tramite lo scambio di ligandi post-sintetici orientati all'applicazione. L'H2 /CO2 la selettività della membrana regolata era superiore di circa il 200% rispetto a quella della membrana originale.
"Questa strategia fornisce un percorso tracciabile per personalizzare una miriade di membrane ad alte prestazioni per soddisfare diversi requisiti di separazione", ha affermato il prof. Yang.
Ulteriori informazioni: Lun Shu et al, Personalizzazione modulare e regolazione delle strutture metallo-organiche per separazioni efficienti delle membrane, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202315057
Informazioni sul giornale: Edizione Internazionale Angewandte Chemie
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
