Polycrystalline Metal-Organic Framework Membranes for Separation of Light Hydrocarbons.
fabrication strategies
light hydrocarbons
membrane separation
metal-organic frameworks
polycrystalline membranes
Journal
Chemistry (Weinheim an der Bergstrasse, Germany)
ISSN: 1521-3765
Titre abrégé: Chemistry
Pays: Germany
ID NLM: 9513783
Informations de publication
Date de publication:
20 Jul 2023
20 Jul 2023
Historique:
received:
10
04
2023
medline:
23
5
2023
pubmed:
23
5
2023
entrez:
23
5
2023
Statut:
ppublish
Résumé
Due to facile designability and versatile nanospace, metal-organic frameworks (MOFs) have been considered as promising membrane materials. Compared to the mixed matrix membranes that incorporated with MOF particles, the polycrystalline MOF membranes demonstrates significant advantages in maximum utilizing the crystalline nanospace, and thus yielding a fruitful of achievements in the last twenty years. Although some reviews have summarized the development of MOF-based membranes, the theoretical framework for oriented design and preparation of polycrystalline MOF membranes for highly efficient separation of light hydrocarbons remains in infancy. Herein, in this review, the fabrication strategies of polycrystalline MOF membranes and the corresponding performance in the separation of light hydrocarbons were classified and summarized. Particularly, the MOF membranes with global and local dynamics have been proposed as an interesting topic promoted performance.
Identifiants
pubmed: 37218577
doi: 10.1002/chem.202301132
doi:
Types de publication
Journal Article
Review
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e202301132Subventions
Organisme : National Natural Science Foundation of China
ID : 22171135
Organisme : State Key Laboratory of Materials-Oriented Chemical Engineering
ID : ZK201803
Informations de copyright
© 2023 Wiley-VCH GmbH.
Références
IHS, Natural gas liquids challenging oil as petrochemical feedstock in North America, increasing global demand for on-purpose production of propylene, IHS says. http://www.businesswire.com/news/home/20140827005068/en/Natural-Gas, 2014.
D. S. Sholl, R. P. Lively, Nature 2016, 532, 435-437.
Y. Wang, N. Y. Huang, X. W. Zhang, H. He, R. K. Huang, Z. M. Ye, Y. Li, D. D. Zhou, P. Q. Liao, X. M. Chen, J. P. Zhang, Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 7692-7696.
F. A. Da Silva, A. E. Rodrigues, AIChE J. 2001, 47, 341-357.
P. Bai, M. Y. Jeon, L. M. Ren, C. Knight, M. W. Deem, M. Tsapatsis, J. I. Siepmann, Nat. Commun. 2015, 6, 5912.
J. B. Lin, T. T. T. Nguyen, R. Vaidhyanathan, J. Burner, J. M. Taylor, H. Durekova, F. Akhtar, R. K. Mah, O. Ghaffari Nik, S. Marx, N. Fylstra, S. S. Iremonger, K. W. Dawson, P. Sarkar, P. Hovington, A. Rajendran, T. K. Woo, G. K. H. Shimizu, Science 2021, 374, 1464-1469.
H. Jarvelin, J. R. Fair, Ind. Eng. Chem. Res. 1993, 32, 2201-2207.
K. A. C. Scott, M. Auerbach, P. K. Dutta, Handbook of Zeolite Science and Technology, CRC Press: Boca Raton, FL, USA, 2003.
D. W. Breck, Zeolite Molecular Sieves: Structure, Chemistry, and Use. John Wiley & Sons: Hoboken, NJ, USA, 1974.
M. G. Roop Chand Bansal, Activated Carbon Adsorption, CRC Press: Boca Raton, FL, USA, 2005.
Z. X. Kang, H. L. Guo, L. L. Fan, G. Yang, Y. Feng, D. F. Sun, S. Mintova, Chem. Soc. Rev. 2021, 50, 1913-1944.
G. Yuan, Y. Jiang, X. Wang, J. J. Ma, H. Ma, X. Wang, M. Yagmurcukardes, S. Hu, J. Phys. Chem. Lett. 2023, 14, 1702-1707.
A. Knebel, A. Bavykina, S. J. Datta, L. Sundermann, L. Garzon-Tovar, Y. Lebedev, S. Durini, R. Ahmad, S. M. Kozlov, G. Shterk, M. Karunakaran, I. D. Carja, D. Simic, I. Weilert, M. Kluppel, U. Giese, L. Cavallo, M. Rueping, M. Eddaoudi, J. Caro, J. Gascon, Nat. Mater. 2020, 19, 1346-1353.
T. Rodenas, I. Luz, G. Prieto, B. Seoane, H. Miro, A. Corma, F. Kapteijn, F. X. L. I. Xamena, J. Gascon, Nat. Mater. 2015, 14, 48-55.
B. Liang, X. He, J. J. Hou, L. S. Li, Z. Y. Tang, Adv. Mater. 2019, 31, 1806090.
W. J. Koros, C. Zhang, Nat. Mater. 2017, 16, 289-297.
J. G. Duan, Y. C. Pan, G. P. Liu, W. Q. Jin, Curr. Opin. Chem. Eng. 2018, 20, 122-131.
H. Z. Dou, M. Xu, B. Y. Wang, Z. Zhang, G. B. Wen, Y. Zheng, D. Luo, L. Zhao, A. P. Yu, L. H. Zhang, Z. Y. Jiang, Z. W. Chen, Chem. Soc. Rev. 2021, 50, 986-1029.
Q. B. Dong, X. Zhang, S. Liu, R. B. Lin, Y. N. Guo, Y. S. Ma, A. Yonezu, R. Krishna, G. P. Liu, J. G. Duan, R. Matsuda, W. Q. Jin, B. L. Chen, Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 22756-22762.
N. Behera, J. G. Duan, W. Q. Jin, S. Kitagawa, EnergyChem 2021, 3, 100067.
J. G. Duan, M. Higuchi, J. J. Zheng, S. I. Noro, I. Y. Chang, K. Hyeon-Deuk, S. Mathew, S. Kusaka, E. Sivaniah, R. Matsuda, S. Sakaki, S. Kitagawa, J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 11576-11583.
J. Shen, G. P. Liu, Y. Han, W. Q. Jin, Nat. Rev. Mater. 2021, 6, 294-312.
Q. Zhang, H. B. Li, S. Chen, J. G. Duan, W. Q. Jin, J. Membr. Sci. 2020, 611, 118288.
G. N. Chen, X. Chen, Y. Pan, Y. F. Ji, G. P. Liu, W. Q. Jin, J. Membr. Sci. 2021, 620, 118852.
Y. Y. Hua, H. J. Wang, Q. Q. Li, G. N. Chen, G. P. Liu, J. G. Duan, W. Q. Jin, J. Mater. Chem. A 2018, 6, 599-606.
B. H. Zhou, Q. Q. Li, Q. Zhang, J. G. Duan, W. Q. Jin, J. Membr. Sci. 2020, 597, 117772.
T. Kitao, Y. Y. Zhang, S. Kitagawa, B. Wang, T. Uemura, Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 3108-3133.
A. Knebel, J. Caro, Nat. Nanotechnol. 2022, 17, 911-923.
Y. Y. Liu, E. P. Hu, E. A. Khan, Z. P. Lai, J. Membr. Sci. 2010, 353, 36-40.
L. L. Fan, M. Xue, Z. X. Kang, G. Y. Wei, L. Huang, J. S. Shang, D. L. Zhang, S. L. Qiu, Microporous Mesoporous Mater. 2014, 192, 29-34.
A. Betard, H. Bux, S. Henke, D. Zacher, J. Caro, R. A. Fischer, Microporous Mesoporous Mater. 2012, 150, 76-82.
N. Hara, M. Yoshimune, H. Negishi, K. Haraya, S. Hara, T. Yamaguchi, J. Jpn. Pet. Inst. 2015, 58, 237-244.
I. Stassen, N. Campagnol, J. Fransaer, P. Vereecken, D. De Vos, R. Ameloot, CrystEngComm 2013, 15, 9308-9311.
Y. L. Zhao, X. Y. Yang, J. Y. Luo, Y. Y. Wei, H. H. Wang, AIChE J. 2022, 69, e17934.
D. J. Babu, G. W. He, L. F. Villalobos, K. V. Agrawal, ACS Sustainable Chem. Eng. 2019, 7, 49-69.
S. Hermes, F. Schröder, R. Chelmowski, C. Wöll, R. A. Fischer, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 13744-13745.
Y. Y. Liu, Z. F. Ng, E. A. Khan, H. K. Jeong, C. B. Ching, Z. P. Lai, Microporous Mesoporous Mater. 2009, 118, 296-301.
S. J. Noh, S. P. Yoon, J. Han, S. Park, J. Kim, J. Nanosci. Nanotechnol. 2015, 15, 575-578.
M. Miyamoto, S. Kohmura, H. Iwatsuka, Y. Oumi, S. Uemiya, CrystEngComm 2015, 17, 3422-3425.
S. Noh, J. Kim, Membr. J. 2012, 22, 435-440.
H. Jin, A. Wollbrink, R. Yao, Y. S. Li, J. Caro, W. S. Yang, J. Membr. Sci. 2016, 513, 40-46.
S. Z. Cong, Y. Yuan, J. X. Wang, Z. Wang, F. Kapteijn, X. L. Liu, J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 20055-20058.
X. C. Wu, W. Wei, J. W. Jiang, J. Caro, A. S. Huang, Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 15354-15358.
M. N. Shah, M. A. Gonzalez, M. C. McCarthy, H. K. Jeong, Langmuir 2013, 29, 7896-7902.
F. Cao, C. J. Zhang, Y. L. Xiao, H. L. Huang, W. J. Zhang, D. H. Liu, C. L. Zhong, Q. Y. Yang, Z. H. Yang, X. H. Lu, Ind. Eng. Chem. Res. 2012, 51, 11274-11278.
J. P. Nan, X. L. Dong, W. J. Wang, W. Q. Jin, N. P. Xu, Langmuir 2011, 27, 4309-4312.
N. Y. Wang, Y. Liu, Z. W. Qiao, L. Diestel, J. Zhou, A. S. Huang, J. Caro, J. Mater. Chem. A 2015, 3, 4722-4728.
M. J. Nian, K. Ge, J. X. Zhao, Y. B. Shen, Y. F. Duan, Y. X. Wu, J. G. Duan, J. Membr. Sci. 2023, 672, 121447.
A. S. Huang, H. Bux, F. Steinbach, J. Caro, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 4958-4961.
S. M. Brulls, V. Cantatore, Z. P. Wang, P. L. Tam, P. Malmberg, J. Stubbe, B. Sarkar, I. Panas, J. Martensson, S. Eigler, Chem. Eur. J. 2020, 26, 6694-6702.
R. C. Wei, X. W. Liu, Z. Y. Zhou, C. L. Chen, Y. Y. Yuan, Z. Li, X. Li, X. L. Dong, D. W. Lu, Y. Han, Z. P. Lai, Sci. Adv. 2022, 8, eabm6741.
H. L. Guo, G. S. Zhu, I. J. Hewitt, S. L. Qiu, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 1646-1647.
Z. X. Kang, M. Xue, L. L. Fan, J. Y. Ding, L. J. Guo, L. X. Gao, S. L. Qiu, Chem. Commun. 2013, 49, 10569-10571.
Z. P. Lai, M. Tsapatsis, J. R. Nicolich, Adv. Funct. Mater. 2004, 14, 716-729.
J. Gascon, S. Aguado, F. Kapteijn, Microporous Mesoporous Mater. 2008, 113, 132-138.
V. V. Guerrero, Y. Yoo, M. C. McCarthy, H. K. Jeong, J. Mater. Chem. 2010, 20, 3938-3943.
S. J. Noh, H. T. Kwon, J. Kim, J. Nanosci. Nanotechnol. 2013, 13, 5671-5674.
Y. X. Hu, X. L. Dong, J. P. Nan, W. Q. Jin, X. M. Ren, N. P. Xu, Y. M. Lee, Chem. Commun. 2011, 47, 737-739.
Y. Yoo, Z. P. Lai, H. K. Jeong, Microporous Mesoporous Mater. 2009, 123, 100-106.
H. Bux, A. Feldhoff, J. Cravillon, M. Wiebcke, Y. S. Li, J. Caro, Chem. Mater. 2011, 23, 2262-2269.
R. M. Xu, Y. Kang, W. M. Zhang, X. W. Zhang, B. C. Pan, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202115443.
Y. W. Sun, Y. Liu, J. Caro, X. W. Guo, C. S. Song, Y. Liu, Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 16088-16093.
O. Shekhah, H. Wang, S. Kowarik, F. Schreiber, M. Paulus, M. Tolan, C. Sternemann, F. Evers, D. Zacher, R. A. Fischer, C. Woll, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 15118-15119.
E. P. V. Sanchez, H. Gliemann, K. Haas Santo, C. Woell, R. Dittmeyer, Chem. Ing. Tech. 2016, 88, 1798-1805.
A. Micero, T. Hashem, H. Gliemann, A. Léon, Membranes (Basel) 2021, 11, 735.
V. Chernikova, O. Shekhah, Y. Belmabkhout, M. Eddaoudi, ACS Appl. Nano Mater. 2020, 3, 6432-6439.
J. Gao, W. Wei, Y. Yin, M. H. Liu, C. B. Zheng, Y. F. Zhang, P. Y. Deng, Nanoscale 2020, 12, 6658-6663.
Y. X. Sun, R. Zhang, C. Zhao, N. X. Wang, Y. B. Xie, J. R. Li, RSC Adv. 2014, 4, 33007-33012.
J. F. Yao, D. H. Dong, D. Li, L. He, G. S. Xu, H. T. Wang, Chem. Commun. 2011, 47, 2559-2561.
H. T. Kwon, H. K. Jeong, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 10763-10768.
N. Hara, M. Yoshimune, H. Negishi, K. Haraya, S. Hara, T. Yamaguchi, RSC Adv. 2013, 3, 14233-14236.
A. J. Brown, N. A. Brunelli, K. Eum, F. Rashidi, J. R. Johnson, W. J. Koros, C. W. Jones, S. Nair, Science 2014, 345, 72-75.
J. M. Hou, X. L. Hong, S. Zhou, Y. Y. Wei, H. H. Wang, AIChE J. 2019, 65, 712-722.
I. Stassen, M. Styles, G. Grenci, H. Van Gorp, W. Vanderlinden, S. De Feyter, P. Falcaro, D. De Vos, P. Vereecken, R. Ameloot, Nat. Mater. 2016, 15, 304-310.
H. T. Kwon, H. K. Jeong, A. S. Lee, H. S. An, T. Lee, E. Jang, J. S. Lee, J. Choi, Chem. Commun. 2016, 52, 11669-11672.
W. B. Li, P. C. Su, Z. J. Li, Z. H. Xu, F. Wang, H. S. Ou, J. H. Zhang, G. L. Zhang, E. Zeng, Nat. Commun. 2017, 8, 406.
X. l. Ma, P. Kumar, N. Mittal, A. Khlyustova, P. Daoutidis, K. A. Mkhoyan, M. Tsapatsis, Science 2018, 361, 1008-1011.
K. Eum, M. Hayashi, M. D. De Mello, F. Xue, H. T. Kwon, M. Tsapatsis, Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 16390-16394.
S. Zhou, Y. Y. Wei, L. B. Li, Y. F. Duan, Q. Q. Hou, L. L. Zhang, L. X. Ding, J. Xue, H. H. Wang, J. Caro, Sci. Adv. 2018, 4, eaau1393.
Y. L. Zhao, Y. Y. Wei, L. X. Lyu, Q. Q. Hou, J. Caro, H. H. Wang, J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 20915-20919.
Y. L. Zhao, X. Y. Yang, J. Y. Luo, Y. Y. Wei, H. H. Wang, Sep. Purif. Technol. 2022, 295, 121365.
S. Zhou, O. Shekhah, J. T. Jia, J. Czaban Jozwiak, P. M. Bhatt, A. Ramirez, J. Gascon, M. Eddaoudi, Nat. Energy. 2021, 6, 882-891.
S. Zhou, O. Shekhah, A. Ramirez, P. B. Lyu, E. Abou Hamad, J. T. Jia, J. T. Li, P. M. Bhatt, Z. Y. Huang, H. Jiang, T. Jin, G. Maurin, J. Gascon, M. Eddaoudi, Nature 2022, 606, 706-712.
S. Cavenati, C. A. Grande, A. E. Rodrigues, Energy Fuels 2006, 20, 2648-2659.
V. R. Choudhary, S. Mayadevi, Sep. Sci. Technol. 1993, 28, 2197-2209.
X. Q. Zou, F. Zhang, S. Thomas, G. S. Zhu, V. Valtchev, S. Mintova, Chem. Eur. J. 2011, 17, 12076-12083.
Q. Q. Hou, Y. Wu, S. Zhou, Y. Y. Wei, J. Caro, H. H. Wang, Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 327-331.
W. D. Fan, Y. P. Ying, S. B. Peh, H. Y. Yuan, Z. Q. Yang, Y. D. Yuan, D. C. Shi, X. Yu, C. J. Kang, D. Zhao, J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 17716-17723.
R. Gaillac, P. Pullumbi, K. A. Beyer, K. W. Chapman, D. A. Keen, T. D. Bennett, F. X. Coudert, Nat. Mater. 2017, 16, 1149-1154.
A. Qiao, T. D. Bennett, H. Z. Tao, A. Krajnc, G. Mali, C. M. Doherty, A. W. Thornton, J. C. Mauro, G. N. Greaves, Y. Z. Yue, Sci. Adv. 2018, 4, eaao6827.
T. D. Bennett, Y. Z. Yue, P. Li, A. Qiao, H. Z. Tao, N. G. Greaves, T. Richards, G. I. Lampronti, S. A. T. Redfern, F. Blanc, O. K. Farha, J. T. Hupp, A. K. Cheetham, D. A. Keen, J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 3484-3492.
Y. H. Wang, H. Fin, Q. Ma, K. Mo, H. Z. Mao, A. Feldhoff, X. Z. Cao, Y. S. Li, F. S. Pan, Z. Y. Jiang, Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 4365-4369.
H. N. Xia, H. Jin, Y. T. Zhang, H. Song, J. Q. Hu, Y. Huang, Y. S. Li, J. Membr. Sci. 2022, 655, 120611.
Y. T. Zhang, Y. C. Wang, H. N. Xia, P. Gao, Y. Cao, H. Jin, Y. S. Li, Chem. Commun. 2022, 58, 9548-9551.
T. Ren, M. Patel, K. Blok, Energy 2006, 31, 425-451.
K. Adil, Y. Belmabkhout, R. S. Pillai, A. Cadiau, P. M. Bhatt, A. H. Assen, G. Maurin, M. Eddaoudi, Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 3402-3430.
H. Bux, C. Chmelik, R. Krishna, J. Caro, J. Membr. Sci. 2011, 369, 284-289.
E. P. V. Sanchez, H. Gliemann, K. Haas Santo, W. j. Ding, E. Hansjosten, J. Wohlgemuth, C. Woll, R. Dittmeyer, J. Membr. Sci. 2020, 594, 117421.
Y. W. Sun, T. T. Ji, Y. L. Gao, J. H. Yan, Y. F. He, G. L. Xu, F. Y. Yan, Q. Bian, Y. Liu, ACS Materials Lett. 2023, 5, 558-564.
V. F. D. Martins, A. M. Ribeiro, M. G. Plaza, J. C. Santos, J. M. Loureiro, A. F. P. Ferreira, A. E. Rodrigues, J. Chromatogr. A 2015, 1423, 136-148.
A. Cadiau, K. Adil, P. M. Bhatt, Y. Belmabkhout, M. Eddaoudi, Science 2016, 353, 137-140.
M. Das, Ph.D. dissertation, Georgia Institute of Technology, USA 2009.
P. Eisele, R. Killpack, Propene, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, sixth ed., Wiley, 2001.
S. U. Rege, J. Padin, R. T. Yang, AIChE J. 1998, 44, 799-809.
Y. Alcheikhhamdon, I. Pinnau, M. Hoorfar, B. Chen, J. Membr. Sci. 2019, 591, 117252.
C. Zhang, R. P. Lively, K. Zhang, J. R. Johnson, O. Karvan, W. J. Koros, J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 2130-2134.
J. Y. Wang, Y. Wang, Y. T. Liu, H. Wu, M. G. Zhao, Y. X. Ren, Y. C. Pu, W. P. Li, S. Y. Wang, S. Q. Song, X. Liang, G. W. He, Y. Han, Z. Y. Jiang, Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2208064.
L. Q. Sheng, C. Q. Wang, F. Yang, L. Xiang, X. J. Huang, J. Yu, L. X. Zhang, Y. C. Pan, Y. S. Li, Chem. Commun. 2017, 53, 7760-7763.
L. Diestel, H. Bux, D. Wachsmuth, J. Caro, Microporous Mesoporous Mater. 2012, 164, 288-293.
Z. H. Qiao, Y. Y. Liang, Z. Q. Zhang, D. H. Mei, Z. Wang, M. D. Guiver, C. L. Zhong, Adv. Mater. 2020, 32, 2002165.
L. L. Liu, T. T. Ji, W. J. Hu, Y. W. Sun, Y. F. He, J. H. Yan, G. H. He, Y. Liu, J. Membr. Sci. 2023, 669, 121300.