journal article·2024-09-25Open access

Hierarchically Porous Structured Adsorbents with Ultrahigh Metal–Organic Framework Loading for CO2 Capture

Solomon K. Gebremariam, Anish Mathai Varghese, Sebastian Ehrling, Yasser Al Wahedi, Ahmed AlHajaj, Ludovic F. Dumée, Georgios N. Karanikolos

ACS Applied Materials & Interfaces· Volume 16· Issue 38

Abstract

High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide Metal–organic frameworks (MOFs) have emerged as promising candidates for CO 2 adsorption due to their ultrahigh-specific surface area and highly tunable pore-surface properties. However, their large-scale application is hindered by processing issues associated with their microcrystalline powder nature, such as dustiness, pressure drop, and poor mass transfer within packed beds. To address these challenges, shaping/structuring micron-sized polycrystalline MOF powders into millimeter-sized structured forms while preserving porosity and functionality represents an effective yet challenging approach. In this study, a facile and versatile strategy was employed to integrate moisture-stable and scalable microcrystalline MOFs (UiO-66 and ZIF-8) into a poly(acrylonitrile) matrix to fabricate readily processable, millimeter-sized hierarchically porous structured adsorbents with ultrahigh MOF loadings (∼90 wt %) for direct industrial carbon capture applications. These structured composite beads retained the physicochemical properties and separation performance of the pristine MOF crystal particles. Structured UiO-66 and ZIF-8 exhibited high specific surface areas of 1130 m 2 g –1 and 1431 m 2 g –1, respectively. The structured UiO-66 achieved a CO 2 adsorption capacity of 2.0 mmol g –1 at 1 bar and a dynamic CO 2 /N 2 selectivity of 17 for a CO 2 /N 2 gas mixture with a 15/85 volume ratio at 25 °C. Furthermore, the structured adsorbents exhibited excellent cyclability in static and dynamic CO 2 adsorption studies, making them promising candidates for practical application.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Metal-Organic Frameworks: Synthesis and Applications · Carbon Dioxide Capture Technologies · Covalent Organic Framework Applications

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Department of Chemical and Petroleum Engineering, Khalifa University, P.O. Box 127788, Abu Dhabi 127788, United Arab Emirates

Center for Catalysis and Separation (CeCaS), Khalifa University, P.O. Box 127788, Abu Dhabi 127788, United Arab Emirates

3P Instruments GmbH & Co. KG, Bitterfelder Str. 1-5, Leipzig 04129, Germany

Abu Dhabi Maritime Academy, P.O. Box 54477, Abu Dhabi 127788, United Arab Emirates

Research and Innovation Center on CO2 and H2 (RICH), Khalifa University, P.O. Box 127788, Abu Dhabi 127788, United Arab Emirates

Research and Innovation Center on 2D nanomaterials (RIC-2D), Khalifa University, Arzanah precinct, Sas Al Nakhl, P.O. Box 127788, Abu Dhabi, 127788, United Arab Emirates

Department of Chemical Engineering, University of Patras, Patras, 26504, Greece

Institute of Chemical Engineering Sciences, Foundation for Research and Technology-Hellas (FORTH/ICE-HT), Patras, 26504, Greece

Funding

Khalifa University of Science, Technology and Research

References (100+)

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