Селективная адсорбция и разделение газов в металлоорганических каркасах

Адсорбционное разделение имеет большое значение в промышленности. Обычно в этом процессе в качестве адсорбентов используют пористые твёрдые материалы, такие как цеолиты, активированные угли или силикагели. В связи с постоянно растущей потребностью в более эффективных, энергосберегающих и экологически безопасных методах разделения газов необходимо создавать адсорбенты с заданной структурой и регулируемыми свойствами поверхности. Металлоорганические каркасы (MOF), образованные узлами, содержащими металлы и соединёнными органическими мостиками, представляют собой новый тип пористых материалов. Благодаря большой площади поверхности, регулируемому размеру пор, контролируемым свойствам и приемлемой термической стабильности они являются перспективными адсорбентами для разделения газов. В настоящем критическом обзоре сначала кратко рассматриваются разделение и очистка газов на основе селективной адсорбции, после чего анализируется селективная адсорбция газов в жёстких и гибких MOF. Наблюдаемые в MOF случаи селективной адсорбции классифицированы по возможным механизмам; проанализированы основные взаимосвязи между адсорбционными свойствами и характеристиками каркаса. В качестве конкретного примера MOF с заданными свойствами подробно рассмотрены молекулярные сита с регулируемым размером ячеек и объяснён механизм их действия. Наряду с экспериментальными исследованиями кратко рассмотрены теоретические работы — от изучения адсорбционного равновесия до динамики диффузии с помощью молекулярного моделирования. Кроме того, обобщены данные о разделении газов с использованием MOF, включая эффект молекулярного сита, кинетическое разделение, эффект квантового ситования при разделении H2/D2 и мембраны на основе MOF (227 ссылок).