材料化学：天然ガスの価値化のためのMOF膜の非対称細孔窓

天然ガスを石炭や石油の代替原料として使用するには、主成分であるメタンを高純度で分離する必要がある。特に、窒素は天然ガスの発熱量を低下させるため、その除去が最も重要である。しかし、窒素は不活性で、メタンと動力学的サイズ、分極率、沸点の観点で類似していることから、エネルギー効率の良い窒素除去プロセスの開発に特別な課題が突き付けられている。今回我々は、天然ガスからの効果的な窒素除去に特異的な細孔開口形状を持つ、フマル酸（fum）リンカーとメサコン酸（mes）リンカーに基づく混合リンカー金属有機構造体（MOF）膜、Zr-fum₆₇-mes₃₃-fcu-MOFについて報告する。三つ葉形状の「親」細孔開口部に意図的に非対称性を導入することによって形状が変則的になるため、線状の窒素は通過するが四面体状のメタンの輸送は阻止される。Zr-fum₆₇-mes₃₃-fcu-MOF膜は、最高50 barという実際的な圧力下で過去最高の窒素/メタン選択性と窒素透過性を示し、天然ガスから二酸化炭素と窒素の両方を除去した。技術経済分析によって、今回の膜は、極低温蒸留やアミンベースの二酸化炭素回収と比較して、メタン精製コストを、窒素除去については約66％、二酸化炭素と窒素の同時除去については約73％削減する可能性があることが示された。

目次へ戻る