Sieving di-branched from mono-branched and linear alkanes using ZIF-8: experimental proof and theoretical explanation

文献情報

出版日 2013-05-02
DOI 10.1039/C3CP44381G
インパクトファクター 3.676
著者

Marjo C. Mittelmeijer-Hazeleger, Miguel Angelo Granato, Vanessa F. Duarte Martins, Alírio E. Rodrigues, Gadi Rothenberg


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要旨

We study the adsorption equilibrium isotherms and differential heats of adsorption of hexane isomers on the zeolitic imidazolate framework ZIF-8. The studies are carried out at 373 K using a manometric set-up combined with a micro-calorimeter. We see that the Langmuir model describes well the isotherms for all four isomers (n-hexane, 2-methylpentane, 2,2-dimethylbutane and 2,3-dimethylbutane). The linear and mono-branched isomers adsorb well, but 2,2-dimethylbutane is totally excluded. Plotting the differential heat of adsorption against the loading shows an initial plateau for n-hexane and 2-methylpentane. This is followed by a slow rise, indicating adsorbate–adsorbate interactions. For the di-branched isomers the differential heat of adsorption decreases with loading. To gain further insight, we ran molecular simulations using the grand-canonical Monte Carlo approach. Comparing the simulation and the experimental results shows that the ZIF framework model requires blocking of the cages, since 2,2-dimethylbutane cannot fit through the sodalite-type windows. Practically speaking, this means that ZIF-8 is a highly promising candidate for enhancing gasoline octane numbers at 373 K, as it can separate 2,2-dimethylbutane and 2,3-dimethylbutane from 2-methylpentane. Our results prove the potential of ZIF-8 as a new adsorbent that can be employed in the upgrade of the Total Isomerization Process for the production of high octane number gasoline, by blending di-branched alkanes in the gasoline.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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