Kinetic separation of CO2/CH4 mixtures with Ni-MOF-74@Al2O3 core–shell composites

  • A novel core–shell species for the adsorption-based separation of carbon dioxide (CO2) from methane (CH4) is introduced by hydrothermal synthesis of Ni-MOF-74 on mesoporous spherical Al2O3 carrier substrate. The material was characterized and the shell thickness determined by means of optical and scanning electron microscopy as well as volumetric adsorption and fluid displacement experiments. Kinetic experiments with Ni-MOF-74@Al2O3 core–shell composites carried out at 303.15 K and at pressures up to 10 bar expose remarkably dominating uptake rates for CO2 over CH4. In the contrary Ni-MOF-74@Al2O3 appears to be unselective according to equilibrium data at the same conditions. Dynamic breakthrough experiments of binary CH4/CO2-mixtures (at 303.15 K and 5 bar) prove the prevailing effect of adsorption kinetics and the storage function of the mesoporous core. This statement is supported by a considerable boost in CO2-selectivity and capacity compared to adsorption equilibria measured on pure Ni-MOF-74 by the factor of 55.02 and up to 2.42, respectively.

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Verfasser*innenangaben:Dirk OtterORCiD, Sebastian-Johannes Ernst, Hans-Jörg Bart
URN:urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-81140
DOI:https://doi.org/10.1007/s42452-020-2885-y
ISSN:3004-9261
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):SN Applied Sciences
Verlag:Springer Nature - Springer
Dokumentart:Wissenschaftlicher Artikel
Sprache der Veröffentlichung:Englisch
Datum der Veröffentlichung (online):24.04.2024
Jahr der Erstveröffentlichung:2020
Veröffentlichende Institution:Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau
Datum der Publikation (Server):24.04.2024
Ausgabe / Heft:2
Aufsatznummer:1071
Seitenzahl:12
Quelle:https://link.springer.com/article/10.1007/s42452-020-2885-y
Fachbereiche / Organisatorische Einheiten:Kaiserslautern - Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik
DDC-Sachgruppen:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Sammlungen:Open-Access-Publikationsfonds
Lizenz (Deutsch):Zweitveröffentlichung