In this study, PEBAX/ZIF-8 and PEBAX/amineZIF-8 composite membranes were prepared according to the content of zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8), amine-modified ZIF-8 (amineZIF-8), the gas permeability properties of N2 and CO2 were investigated for each composite membrane. In the case of the PEBAX/ZIF-8 composite membrane, the permeability of N2 and CO2 increased as the ZIF-8 content increased, and in the case of the PEBAX/amineZIF-8 composite membrane, the permeability of N2 and CO2 increased up to 20 wt% of amineZIF-8, but decreased at the higher content. CO2/N2 ideal selectivity increased up to 20 wt% of ZIF-8 and amineZIF-8 contents in both PEBAX/ZIF-8 and PEBAX/ amineZIF-8 composite membranes, and then decreased thereafter, in the case of PEBAX/amineZIF-8 composite membrane was less decreased. The reason for the highest CO2/N2 ideal selectivity at 20 wt% of amineZIF-8 is that amine modification improved the compatibility between PEBAX and amineZIF-8, and thus amineZIF-8 was evenly dispersed in PEBAX, resulting in the greatest effect of the porous ZIF-8 with a 3.4 Å pore size and the amine with affinity for CO2.
In this study, poly(ether-block-amide) (PEBAX)/zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8)-polyetherimide (PEI), and PEBAX/amine-modified ZIF-8 (amineZIF-8)-PEI composite membranes were prepared by varying the contents of ZIF-8 and amineZIF-8. Also the gas permeability properties of N2 and CO2 were investigated for each composite membrane. The N2 and CO2 permeability of the PEBAX/ZIF-8-PEI composite membrane increased as the ZIF-8 content increased, while the CO2/N2 selectivity gradually decreased. In the case of the PEBAX/amineZIF-8-PEI composite membrane, the permeability of N2 decreased slightly, and CO2 increased till amineZIF-8 amount was 0.5 wt% and then decreased when the content increased further. The CO2/N2 selectivity was the highest with a value of 78.3 at 0.5 wt% of amineZIF-8. because the amine modification in the amineZIF-8 improves the compatibility between PEBAX and amineZIF-8, It seems that amineZIF-8 was evenly dispersed in PEBAX, which could be greatly influenced by the porousity of ZIF-8 and also the affinity of amine toward CO2.
PTMSP-ZIF composite membranes were prepared by the addition of zeolitic imidazolate framework (ZIF-8) into poly (1-trimethylsilyl-1-propyne) (PTMSP) having high gas permeability to improve trade-off relationship of the polymer membrane. PTMSP-ZIF composite membranes were prepared with different amounts of ZIF-8; 0, 5, 10, 20, 30 and 40 wt%. Gas permeation properties for $H_2$, $N_2$, $CO_2$, and $CH_4$ were investigated by increasing the amount of ZIF-8 in the PTMSP. The gas permeability of PTMSP-ZIF composite membranes within 5~30 wt% of ZIF-8 contents increased as ZIF-8 contents went up and decreased thereafter. The gas permeability for $CO_2$ showed the maximum value of 76080 barrer at 30 wt% of ZIF-8 content and PTMSP-ZIF composite membrane containing 20 wt% of ZIF-8 content had the highest selectivity ($CO_2/N_2$) with the value of 8.2. The selectivity ($H_2/N_2$) and selectivity ($CO_2/CH_4$) were almost the same as PTMSP in the range 10~40 wt% of the ZIF-8. Overall, PTMSP-ZIF composite membranes resulted in maintained selectivity and increased permeability compared to those of PTMSP membranes.
One of zeolitic imidazolate framework materials (ZIF), ZIF-8, has been synthesized with microwave irradiation and conventional electric heating at $140{\sim}180^{\circ}C}$. ZIFs are porous crystalline materials and are similar to metal organic framework (MOF) materials because both ZIFs and MOFs are composed of both organic and metallic components. ZIFs are very stable and similar to zeolites because ZIFs have tetrahedral networks. ZIF-8, with a decreased crystal size, can be synthesized rapidly with microwave irradiation. The microwave synthesis of ZIF-8 is completed in 4 h at $140{^{\circ}C}$ and the reaction time is decreased by about 5 times compared with the conventional electric heating. The ZIF-8 obtained by microwave heating has larger surface area and micropore volume compared with the ZIF-8 synthesized with conventional electric heating. It can be confirmed that ZIF-8s show type-I adsorption isotherms, explaining the microporosity of the ZIF-8s. Based on FTIR and TGA results, it can be understood that the ZIF-8s have similar bonding and thermal characteristics irrespective of heating methods such as microwave and conventional heating.
PEBAX[poly(ether-block-amide)-ZIF-8(zeolitic imidazolate framework) composite membranes were prepared with different amounts of ZIF-8; 0, 1, 3, 7, 10, and 20 wt%. Gas permeation experiment were performed by varying the temperature of 25, 35, $40^{\circ}C$ under condition $6kgf/cm^2$. Gas permeability of $C_3H_6$, $C_3H_8$ and selectivity ($C_3H_6/C_3H_8$) were investigated by increasing the amount of ZIF-8 in the PEBAX. The gas permeability of $C_3H_6$ and $C_3H_8$ increased as ZIF-8 content increased among 0 to 7 wt% range and decreased among 7 to 20 wt% range. When the ZIF contents of PEBAX-ZIF composite membrane were 7 wt%, the selectivity ($C_3H_6/C_3H_8$) was taken between 3.6 and 3.8 value and also had the lowest activation energy.
In this study, PEBAX/GO-PEI and PEBAX/ZIF-8@GO-PEI composite membranes were prepared by varying the contents of GO and ZIF-8@GO in PEBAX, and also the gas permeation characteristics of N2 and CO2 was studied. Overall, the N2 and CO2 permeability of the PEBAX/GO-PEI composite membrane decreased as the GO content increased, and the CO2/N2 selectivity slightly increased. In the case of PEBAX/ZIF-8@GO-PEI composite membrane, the permeability of N2 decreased, but CO2 increased to 1 wt% of ZIF-8@GO and then decreased in the content thereafter. The CO2/N2 selectivity at 1 wt% of ZIF-8@GO was 92.3, showing the highest selectivity. This is thought to be due to the greatest effect of GO and ZIF-8 with good affinity for CO2 alongside the effect of porosity ZIF-8 while improving compatibility with PEBAX and dispersing evenly. In addition, PEBAX/ZIF-8@GO-PEI composite membrane improved both CO2 permeability and CO2/N2 selectivity than those of the PEBAX-PEI and PEBAX/GO-PEI membranes, except for ZIF-8@GO 5 wt%. The result was close to the Robeson upper bound.
In this study, a mixed matrix membrane was prepared by varying the contents of PEI-GO@ZIF-8 synthesized in PEBAX 2533, and the permeation characteristics of N2 and CO2 were studied. The N2 permeability of the PEBAX/PEIGO@ZIF-8 mixed matrix membrane decreased as the PEI-GO@ZIF-8 content increased, and the CO2 permeability showed different trends depending on the PEI-GO@ZIF-8 content. The CO2 permeability increased in pure PEBAX membrane up to PEBAX/PEI-GO@ZIF-8 0.1 wt%, but decreased at the subsequent content. The PEI-GO@ZIF-8 0.1 wt% mixed matrix membrane had a CO2 permeability of 221.9 Barrer and a CO2/N2 selectivity of 60.0, showing the highest permeation properties with improved CO2 permeability and CO2/N2 selectivity among the prepared mixed matrix membrane and we obtained a result that reached the Robeson upper-bound. This is due to the -COOH, -O-, and -OH functional groups of GO and the amine group bonded to PEI, which interact friendly with CO2, and the effect of ZIF-8, which causes gate-opening for CO2 while the fillers are evenly dispersed in PEBAX.
High purity propylene (propene) is an octane-enhancing chemical and also feedstock to industrially important chemicals. Purification of propylene from propane mixture is technologically and financially challenging because of their close boiling points. ZIF-8 membrane has been increasingly researched due to its great potential to separate propylene from propane effectively by molecular sieving. The increasing interest in ZIF-8 membranes lies in the so called "gate opening" effect. The gate opening effect enlarges the membrane pores and preferentially allows propylene to permeate through the membrane pores, while retaining the larger and heavier propane molecules in the feed stream in order to effect high propylene separation from propylene/propane mixture. In this paper, the widely accepted methods of ZIF-8 membrane preparation and parameters affecting propylene permeation and selectivity in ZIF-8 membrane are identified and reviewed.
Kim, Sang Jun;Lee, Jae Min;Jo, Seung Geun;Lee, Eun Been;Lee, Seoung-Ki;Lee, Jung Woo
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.55
no.2
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pp.51-62
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2022
Metal-organic framework (MOF) is one of the representative porous materials composed of metal ions and organic linkers. In spite of many advantages of the MOFs such as high specific surface area and ease of structure control, drawbacks have become obstacles to the practical use of them with poor electrical conductivity and chemical stability. The ZIF-8, which is consisted of zinc and imidazole linker, is one of the solutions to improve the chemical stability issue. In addition, composites using the ZIF-8 and carbonbased materials are widely used to enhance the electrical conductivity. In this regard, supercapacitor is very attractive field for using the composites, because most of carbon-based materials are porous and conductive. Also, for sensor applications, the ZIF-8 composite is suitable material to meet the requirement in terms of the selectivity and sensitivity. This review summarizes recent progress of the composite materials with the ZIF-8 and the carbon-based materials for the supercapacitors and the chemical sensors. In particular, the composites are classified into ZIF-8-graphene, ZIF-8-carbon nanotube and ZIF-8-other carbon-based material.
ZIFs (Zeolitic imdazolate frameworks) have attracted great attention as membrane materials in recent years due to their high chemical and thermal stability, high specific surface area and adjustable pore structure. In this study, ZIF-8 membranes were synthesized by in-situ growth method on two different support materials (${\alpha}$-alumina and YSZ) and their $H_2/CO_2$ gas permeation characteristics were investigated. In order to synthesize defect-free ZIF-8 layer, YSZ support required less synthesis time than ${\alpha}$-alumina support due to smaller pore size. After in-situ growth for 3 h, ZIF-8 membranes prepared on both YSZ and ${\alpha}$-alumina supports showed $H_2/CO_2$ selectivity of about 10.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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