分子シミュレーションとMaxwell-StefanモデルによるZIF-8膜を使用したCO2からのH2の分離に関する研究

膜を使用したH2リッチストリームの精製は、重要な分離プロセスを表しています。これは、特に燃焼前のCO2キャプチャの視点において重要です。この研究では、ゼオライトイミダゾレートフレームワーク（ZIF）-8膜を使用したH2とCO2を含む混合物からH2の分離を、理論的観点から提案します。この目的のために、H2およびCO2の吸着と拡散係数は分子シミュレーションによって考慮されました。これらのガスの吸着はLangmuirモデルに続き、H2の拡散係数はCO2の拡散係数よりもはるかに高かった。次に、Maxwell-Stefanモデルを使用して、H2-CO2混合物のH2およびCO2透過率とH2/CO2パーセンセクティビティを評価しました。膜の吸着プロセスと拡散プロセスの同時干渉により、CO2の吸着がH2よりも高かったという事実にもかかわらず、H2透過はCO2よりも顕著でした。モデリングの結果は、ZIF-8膜の場合、H2-CO2バイナリ混合物80/20のH2/CO2パースセレクト率が周囲温度で28〜32の範囲であることを示しました。

The purification of H2-rich streams using membranes represents an important separation process, particularly important in the viewpoint of pre-combustion CO2 capture. In this study, the separation of H2 from a mixture containing H2 and CO2 using a zeolitic imidazolate framework (ZIF)-8 membrane is proposed from a theoretical point of view. For this purpose, the adsorption and diffusion coefficients of H2 and CO2 were considered by molecular simulation. The adsorption of these gases followed the Langmuir model, and the diffusion coefficient of H2 was much higher than that of CO2. Then, using the Maxwell-Stefan model, the H2 and CO2 permeances and H2/CO2 permselectivities in the H2-CO2 mixtures were evaluated. Despite the fact that adsorption of CO2 was higher than H2, owing to the simultaneous interference of adsorption and diffusion processes in the membrane, H2 permeation was more pronounced than CO2. The modeling results showed that, for a ZIF-8 membrane, the H2/CO2 permselectivity for the H2-CO2 binary mixture 80/20 ranges between 28 and 32 at ambient temperature.