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Defining New Limits in Gas Separations Using Modified ZIF Systems

机译：使用改进的ZIF系统定义气体分离中的新限制

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Zeolitic-imidazolate frameworks (ZIFs) are candidate materials for the next generation of membranes for cheaper, "greener" separations. More than a decade after ZIF introduction, the high propylene/propane selectivity of ZIF-8 and ZIF-67 is the only example of ZIF membranes with remarkable selectivity efficiency despite their numerous advantages over other families of materials. Herein, we demonstrate the effectiveness of molecular-scale modification in the design of new ZIF materials useful for the separation of important and highly challenging mixtures such as He/CH4, H-2/CH4, O-2/N-2, CO2/CH4, and CO2/N-2. Via computational methods, metal and linker substitutions are employed to produce new ZIF-8 variants with a finely discretized range of aperture sizes, as these govern the kinetic-based selectivity of the material. The permeability and selectivity through the ZIF-8 variants of the gases under study are estimated, and their performance is compared with an extensive number of polymeric, metal-organic framework, covalent-organic framework, and mixed-matrix membranes. The comparison shows that some of the ZIF-8 analogues can be used as membranes of unprecedented high separation performance. The scope of this work is to highlight the effectiveness of the molecular level design as means of membrane development to address the global need for cheaper separation methods and CO2 emission reduction.
机译：沸石 - 咪唑酯框架（ZIFS）是下一代膜的候选材料，用于更便宜，“更环保”分离。在ZIF引言之后十多年来，ZIF-8和ZIF-67的高丙烯/丙烷选择性是ZIF膜的唯一实例，尽管它们与其他材料家族的许多优势有很多优势。在此，我们证明了分子尺度改性在新型ZIF材料设计中的有效性，可用于分离重要且具有高度挑战性混合物，如HE / CH4，H-2 / CH4，O-2 / N-2，CO2 / CH4和CO2 / N-2。通过计算方法，使用金属和接头取代来生产具有精细离散的孔径范围的新型ZIF-8变体，因为这些孔径尺寸，因为这些孔径的基于动力学的材料选择性的材料。估计通过研究的气体的ZIF-8变体的渗透性和选择性，并将其性能与大量的聚合物，金属 - 有机骨架，共价 - 有机骨架和混合基质膜进行比较。比较表明，一些ZIF-8类似物可以用作前所未有的高分离性能的膜。这项工作的范围是突出分子水平设计的有效性作为膜开发的手段，以解决更便宜的分离方法和二氧化碳排放减少的全球​​需求。

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