Un groupe de recherche dirigé par le professeur Yang Weishen et le Dr Peng Yuan de l'Institut de physique chimique de Dalian (DICP) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a développé une nouvelle stratégie pour fabriquer du CO monophasé 2 -membranes de nanofeuilles à cadres organiques covalents sélectifs (COF) caractérisées à la fois par une teneur élevée en CO 2 /H 2 facteurs de séparation et CO élevé 2 perméabilité.

Cette étude a été publiée dans Angewandte Chemie Édition Internationale le 20 juillet.

COF bidimensionnels (2D), une classe de squelettes organiques cristallins possédant des pores unidimensionnels permanents, promettent de servir de matériaux membranaires de haute qualité dans le CO 2 champ de capture. Cependant, leurs tailles de pores inhérentes (> 0,8 nm) sont trop grandes pour fournir actuellement la capacité de tamis moléculaire souhaitée pour les séparations de gaz.

Les chercheurs ont exfolié trois types de COF 2D, C'est, TpPa-1, TpPa-2 et TpHz, avec une taille de particule moyenne de 3 um et différentes tailles de pores dans des nanofeuillets de 2 nm d'épaisseur. Les cristallinités et les fonctionnalités intactes étaient bien conservées après le traitement d'exfoliation.

Ils ont découvert que même le TpHz avec la taille de pores inhérente relativement la plus petite ne pouvait pas présenter les performances de séparation de gaz souhaitées dans une forme de membrane en vrac conventionnelle. Avec des nanofeuilles ultrafines servant d'unités de construction de membranes, ils ont développé de nouvelles membranes de nanofeuilles de COF présentant des microstructures d'empilement décalées distinctives.

"Tout comme le filet de pêche, vous pouvez empiler irrégulièrement plusieurs filets pour attraper de minuscules poissons, " a déclaré le Dr Peng.

Les structures membranaires intrigantes en collaboration avec le CO inhérent 2 -les capacités d'adsorption sélective des cadres de COF ont doté les membranes de nanofeuilles de COF d'une priorité de perméation de grand CO 2 molécules de CO mixte 2 /H 2 gaz basé sur un mécanisme de diffusion de surface.

Parmi les membranes, Les membranes de nanofeuilles TpPa-2 avec une taille de pores moyenne ont montré le CO le plus élevé 2 /H 2 facteur de séparation et CO 2 perméabilité, qui a atteint la cible avec une faisabilité commerciale pour les séparations de gaz de synthèse.

Les chercheurs ont identifié que les membranes de nanofeuilles de TpPa-2 présentaient des pores rétrécis appropriés dérivés des motifs d'empilement décalés, qui a permis exactement deux colonnes de CO 2 molécules à traverser et maximisé l'effet de blocage pour le passage de H2.

Cette étude propose une nouvelle stratégie d'ingénierie des pores pour la conception et la fabrication de membranes COF hautes performances dans le domaine de la séparation des gaz.

« Profitant pleinement de cette stratégie d'ingénierie des pores, différentes catégories de COF avec des structures de pores diversifiées peuvent permettre des séparations de gaz spécifiques à base de membranes, " a déclaré le professeur Yang.