【MOF-74】金属有机框架用于变温吸附捕集燃烧后二氧化碳的性能评估

首页 > 行业动态 > 【MOF-74】金属有机框架用于变温吸附捕集燃烧后二氧化碳的性能评估

摘要：
研究详细评估了MOF-177和Mg-MOF-74两种MOF材料在变温吸附（TSA）捕集燃烧后CO₂的潜力，测定了20-200℃下的CO₂和N₂吸附等温线。Mg-MOF-74在Mg²⁺位点饱和时吸附热骤降，200℃时工作容量达17.6 wt%；MOF-177无正工作容量，Mg-MOF-74的穿透模拟性能优于MOF-177和NaX沸石，强CO₂吸附位点对TSA工艺至关重要。

研究背景：
1. 行业问题和研究现状：燃煤电厂CO₂排放量大，传统胺液吸收再生能耗高；MOF材料因高比表面积和可调孔结构具捕集潜力，但现有研究缺乏高温吸附等温线数据，TSA工艺适用性未明确。
2. 本文创新：系统测定20-200℃宽温度范围吸附等温线，建立基于单组分气体吸附数据的评估方法，对比两种不同类型MOF的TSA性能。

实验部分：
1. 实验项目：MOF合成与活化，溶剂热法合成MOF-177和Mg-MOF-74，经DMF和二氯甲烷（MOF-177）或甲醇（Mg-MOF-74）溶剂交换，分别在动态真空下24h（MOF-177）和180℃下24h（Mg-MOF-74）活化。
2. 实验项目：吸附等温线测试，用Micromeritics ASAP 2020测定0-1.1 bar下CO₂和N₂吸附等温线，Sieverts装置测定高压CO₂吸附数据。
3. 实验项目：热性能测试，用DSC测定MOF样品在50-250℃的热容，结合IAST和穿透模型分析选择性、工作容量等性能。

分析测试：
1. 结构与吸附表征：MOF-177 BET比表面积4690 m²/g，孔容1.59 cm³/g；Mg-MOF-74 BET比表面积1800 m²/g，孔容0.5727 cm³/g，40℃、0.15 bar下CO₂吸附量5.28 mmol/g。
2. 吸附热与选择性：MOF-177吸附热恒为14 kJ/mol；Mg-MOF-74吸附热从42 kJ/mol降至24 kJ/mol，50℃时CO₂/N₂选择性148.1（IAST法）。
3. 工作容量与热容：Mg-MOF-200℃时工作容量17.6 wt%；200℃时两者热容约1.6 J·g⁻¹·K⁻¹，低于胺液溶液。
4. 机理揭示：强吸附位点是MOF适用于TSA工艺的关键，Mg-MOF-74的开放Mg²⁺位点增强CO₂吸附选择性与容量。

总结：
1. 主要结果：Mg-MOF-74在TSA捕集CO₂中性能最优，MOF-177无实用价值，强吸附位点决定MOF的TSA适用性。
2. 创新突破：建立宽温度范围MOF性能评估方法，首次通过双位点Langmuir模型计算吸附热。
3. 潜在意义：为新型CO₂捕集MOF的设计与筛选提供标准，推动TSA工艺工业化。

Evaluating metal–organic frameworks for post-combustion carbon dioxide capture via temperature swing adsorption
文章作者：Jarad A. Mason, Kenji Sumida, Zoey R. Herm, Rajamani Krishna, Jeffrey R. Long
DOI：10.1039/c1ee01720a
文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/ee/c1ee01720a

本文为科研用户原创分享用于学术宣传交流，具体内容请查阅上述论文，如有错误、侵权等请联系修改、删除。未经允许第三方不得复制转载。