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ゼオライトイミダゾレート骨格材ZIF-8への金属酸化物MgOとZnOのナノ細孔化は、CO吸着と再生に有効である
Nanoconfinement of metal oxide MgO and ZnO in zeolitic imidazolate framework ZIF-8 for CO adsorption and regeneration.
PMID: 32593942 DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.122974.
抄録
微多孔質材料は、CO の吸着速度が速く、容量を犠牲にすることも可能であるが、金属酸化物への CO 化学吸着は顕著であるが、反応速度と反応領域が重要である。本研究では、微多孔性吸着材であるゼオライト型イミダゾレート骨格（ZIF）と金属酸化物（MO）の長所を活かすために、浸潤・焼成プロセスを用いて酸化マグネシウム（MgO）と酸化亜鉛（ZnO）をZIF-8（MO@ZIF）にドープしました。粉末X線回折パターンは、MO添加後もZIF-8の完全性が保たれていることを示した。広いMgOのピークはナノ粒子がよく分散していることを示し、鋭いZnOの回折は酸化物の凝集を示しており、電界放出透過電子顕微鏡像によって裏付けられていた。ZIFの細孔サイズは、フレームワークの空隙率を犠牲にすることなく、閉じ込められたMgOのために拡大した。ナノ化により、MgO@ZIF-8の室温CO吸着量と擬似二次モデルでの吸着速度定数は、予想の2倍以上となった。また、MgO@ZIF-8の脱炭酸温度は40度低下した。総じて、微多孔性ゼオライト型イミダゾレート骨格に金属酸化物を ナノ化することで、CO の取り込みが改善され、常温での吸着速度が向上し、CO を放出するための再生温度が低下することがわかった。
Microporous materials exhibit fast CO adsorption rate with possible sacrificed capacity, while CO chemisorption on metal oxides is remarkable but kinetics and reactive area are critical. In order to adopt the advantages of both microporous sorbent zeolitic imidazolate framework (ZIF) and metal oxide (MO), in this research, magnesium oxide (MgO) and zinc oxide (ZnO) were doped to ZIF-8 (MO@ZIF) using infiltration and calcination processes. The powder X-ray diffraction patterns showed retained ZIF-8 integrity after MO addition. Broad MgO peaks implied well-dispersed nanoparticles, while sharp ZnO diffractions indicated oxide agglomeration, supported by the field emission transmission electron microscope images. ZIF pore size was expanded due to confined MgO without sacrificing the framework porosity. Because of nanoconfinement, the MgO@ZIF-8 room temperature CO adsorption, as well as the adsorption rate constant in pseudo-second order model, were two-fold higher than expectation. In addition, the decarbonation temperature in MgO@ZIF-8 was reduced by 40 degrees. In general, it was found that metal oxide nanoconfinement in microporous zeolitic imidazolate frameworks performed improved CO uptake, facilitated adsorption kinetics at ambient temperature, and lowered regeneration temperature to release CO.
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