ガス分離のための混合マトリックス膜の金属有機フレームワーク

添加物（フィラー）として金属有機フレームワーク（MOF）を備えた混合マトリックス膜（MMMS）は、純粋なポリマーと比較した場合、ガス透過性と場合によっては選択性も強化されていることを示します。ポリイミド（Matrimid®）とポリスルホンは、MOFフィラーに人気のあるポリマーマトリックスです。現在調査されているMMMSのMOFには、[cu（sif（6））（4,4'-bipy）（2）]、[cu（3）（btc）（2）（h（2）o）（3）]（3）]（2）が含まれます。hkust-1、cu-btc）、[cu（bdc）（dmf）]、[zn（4）o（bdc）（3）]（mof-5）、[zn（2-メチルイミダゾレート）（2）]（ZIF-8）、[Zn（プリン）（2）]（ZIF-20）、[Zn（2-カルボックスアルデヒドイミダゾレート）（2）]（ZIF-90）、MN（HCOO）（2）、[AL（BDC）（μ-OH）]（MIL-53（al））、[al（nh（2）-bdc）（μ-oh）]（nh（2）-mil-53（al））および[cr（3）o（bdc）（3）（f、oh）（h（2）o）（2）]（Mil-101）（4,4'-bipy = 4,4'-ビピリジン、btc =ベンゼン-1、3,5-トリカルボン酸、Bdc =ベンゼン-1,4-ジカルボン酸、テレフタレート）。ポリイミドおよびポリスルホンの有機ポリマーへのMOF粒子接着は問題を表していません。Mof-Polymer MMMは、単一ガスH（2）、N（2）、O（2）、CH（4）、CO（2）およびガス混合物O（2）/N（2の透過性について調査されています（2））、h（2）/ch（4）、co（2）/ch（4）、h（2）/co（2）、ch（4）/n（2）およびco（2）/n（2）（最初に名前が付けられたガスに優先的に浸透します）。透過性の増加は、MOFの多孔性にまでさかのぼることができます。MOFの多孔度は非常に正確に調整できるため、これはポリマー材料では不可能であるため、MMMは純粋なポリマーマトリックスと比較して選択性を大幅に向上させる機会を提供します。さらに、ほとんどの場合、純粋なポリマーと比較してMMM膜の透過性が増加します。MMMSでのポリマーにMOFを添加すると、最高のポリマー膜と同様の性能が容易になり、同じガス分離について純粋なMOF膜についてこれまで報告されているものよりも高い選択性が得られます。MOF-Polymer MMMは、純粋なMOF膜と比較して、合成と手数料を容易にすることができます。

Mixed-matrix membranes (MMMs) with metal-organic frameworks (MOFs) as additives (fillers) exhibit enhanced gas permeabilities and possibly also selectivities when compared to the pure polymer. Polyimides (Matrimid®) and polysulfones are popular polymer matrices for MOF fillers. Presently investigated MOFs for MMMs include [Cu(SiF(6))(4,4'-BIPY)(2)], [Cu(3)(BTC)(2)(H(2)O)(3)] (HKUST-1, Cu-BTC), [Cu(BDC)(DMF)], [Zn(4)O(BDC)(3)] (MOF-5), [Zn(2-methylimidazolate)(2)] (ZIF-8), [Zn(purinate)(2)] (ZIF-20), [Zn(2-carboxyaldehyde imidazolate)(2)] (ZIF-90), Mn(HCOO)(2), [Al(BDC)(μ-OH)] (MIL-53(Al)), [Al(NH(2)-BDC)(μ-OH)] (NH(2)-MIL-53(Al)) and [Cr(3)O(BDC)(3)(F,OH)(H(2)O)(2)] (MIL-101) (4,4'-BIPY = 4,4'-bipyridine, BTC = benzene-1,3,5-tricarboxylate, BDC = benzene-1,4-dicarboxylate, terephthalate). MOF particle adhesion to polyimide and polysulfone organic polymers does not represent a problem. MOF-polymer MMMs are investigated for the permeability of the single gases H(2), N(2), O(2), CH(4), CO(2) and of the gas mixtures O(2)/N(2), H(2)/CH(4), CO(2)/CH(4), H(2)/CO(2), CH(4)/N(2) and CO(2)/N(2) (preferentially permeating gas named first). Permeability increases can be traced to the MOF porosity. Since the porosity of MOFs can be tuned very precisely, which is not possible with polymeric material, MMMs offer the opportunity of significantly increasing the selectivity compared to the pure polymeric matrix. Additionally in most of the cases the permeability is increased for MMM membranes compared to the pure polymer. Addition of MOFs to polymers in MMMs easily yields performances similar to the best polymer membranes and gives higher selectivities than those reported to date for any pure MOF membrane for the same gas separation. MOF-polymer MMMs allow for easier synthesis and handability compared to pure MOF membranes.