Nghiên cứu cải thiện khả năng hấp phụ khí CH4 và tách hỗn hợp khí CO2/CH4 của vật liệu IRMOF-3 bằng việc thay đổi nhóm thế trên linker
Tóm tắt
Phương pháp mô phỏng Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) kết hợp với lý thuyết IAST được sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng của nhóm thế lên khả năng hấp phụ khí CH4 và độ chọn lọc của hỗn hợp khí CO2/CH4 của một số cấu trúc IRMOF-3 với các nhóm chức khác nhau. Kết quả cho thấy các nhóm phenyl chứa nitrogen trong vòng thí dụ như pyrazine, pyridin và nhóm carboxyl làm tăng khả năng tương tác giữa khí với vật liệu MOF, dẫn đến gia tăng lượng khí hấp phụ. Việc gắn những kim loại chuyển tiếp lên linker cũng làm gia tăng đáng kể độ chọn lọc CO2/CH4. Ngược lại, nhóm alkyl và nhóm aniline không cho thấy hiệu quả trong việc cải thiện tính chất hấp phụ của vật liệu. Ngoài ra, việc gắn quá nhiều nhóm thế sẽ làm giảm diện tích bề mặt và thể tích lỗ xốp, dẫn đến việc giảm lượng khí hấp phụ ở vùng áp suất cao (35-40 atm). Nghiên cứu đã chứng minh được sự thay đổi của các nhóm thế trên linker IRMOF-3 làm gia tăng đáng kể lượng hấp phụ khí CH4 và độ chọn lọc CO2/CH4, qua đó cho thấy mô phỏng GCMC là công cụ hữu ích hỗ trợ các nhà hóa học thực nghiệm trong việc thiết kế tổng hợp vật liệu mới tiềm năng.