SCOPUS
SCIE
Chabazite-Type Zeolite Membranes for Effective CO<sub>2</sub> Separation: The Role of Hydrophobicity and Defect Structure
저자
Lee, Minseong ; Hong, Sungwon ; Kim, Dongjae ; Kim, Eunjoo ; Lim, Kyunghwan ; Jung, Jae Chil ; Richter, Hannes ; Moon, Jong-Ho ; Choi, Nakwon ; Nam, Jaewook ; Choi, Jungkyu
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2019
작성언어
-주제어
등재정보
SCOPUS,SCIE
자료형태
학술저널
수록면
3946-3960(15쪽)
제공처
<P>Chabazite (CHA)-type zeolites are promising for the separation of CO<SUB>2</SUB> from larger molecules, such as N<SUB>2</SUB> (relevant to postcombustion carbon capture) and CH<SUB>4</SUB> (relevant to natural gas/biogas upgrading). In particular, the pore size of CHA zeolites (0.37 × 0.42 nm<SUP>2</SUP>) can recognize slight molecular size differences between CO<SUB>2</SUB> (0.33 nm) and the larger N<SUB>2</SUB> (0.364 nm) or CH<SUB>4</SUB> (0.38 nm) molecules, thus allowing separation in favor of CO<SUB>2</SUB> through CHA membranes. Furthermore, the siliceous constituents in the CHA zeolite can reduce the adsorption capacity toward the smaller H<SUB>2</SUB>O molecule (0.265 nm) and, thus, the H<SUB>2</SUB>O permeation rate. This is highly desirable for securing good molecular sieving ability with CO<SUB>2</SUB> permselectivity in the presence of H<SUB>2</SUB>O vapor. Indeed, a siliceous CHA film obtained with a nominal Si/Al ratio of 100 (CHA_100) showed high CO<SUB>2</SUB>/N<SUB>2</SUB> and CO<SUB>2</SUB>/CH<SUB>4</SUB> separation performance, especially in the presence of H<SUB>2</SUB>O vapor; ∼13.4 CO<SUB>2</SUB>/N<SUB>2</SUB> and ∼37 CO<SUB>2</SUB>/CH<SUB>4</SUB> separation factors (SFs) at 30 °C. These SFs were higher than the corresponding values (∼5.2 CO<SUB>2</SUB>/CH<SUB>4</SUB> SFs and ∼31 CO<SUB>2</SUB>/CH<SUB>4</SUB> SFs) under dry conditions; such improvement could be ascribed to defect blocking by physisorbed water molecules. Finally, the contribution of molecular transport through zeolitic and nonzeolitic parts was quantitatively analyzed by combining information extracted from image processing of fluorescence confocal optical microscopy images with a one-dimensional permeation model. It appears that ∼19 and ∼20% of the total CO<SUB>2</SUB> permeance for CHA_100 were reduced due to transport inhibition by the physisorbed water molecules on the membrane surface and defect, respectively.</P>
[FIG OMISSION]</BR>
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