Adsorption separation of heavier isotope gases in subnanometer carbon pores.
Adsorption separation of heavier isotope gases in subnanometer carbon pores.
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DOI：
10.1038/s41467-020-20744-6
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发表时间：
2021-01-22
影响因子：
16.6
通讯作者：
Kaneko K
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ujjain SK;Bagusetty A;Matsuda Y;Tanaka H;Ahuja P;de Tomas C;Sakai M;Vallejos-Burgos F;Futamura R;Suarez-Martinez I;Matsukata M;Kodama A;Garberoglio G;Gogotsi Y;Karl Johnson J;Kaneko K
包括碳(13C/14C)、氮(13N)和氧(18O)在内的较重气体的同位素非常重要，因为它们可以取代自然产生的原子，而不会显著干扰标记的母体分子的生化性质。这些标记的分子被用于临床放射性药物、脑部疾病的研究，以及作为正电子发射断层扫描(PET)等先进医学成像技术的成像探针。现有的基于蒸馏的同位素气体分离方法的分离系数(S)低于1.05，并且由于能耗高和处理时间长而产生非常高的操作成本，突显了对新分离技术的需求。在这里，我们展示了一种基于吸附的快速、高选择性分离18O2和S高于60的16O2的方法，使用操作在甲烷沸点(112 K)附近的纳米孔吸附剂，甲烷沸点可以通过低温液化天然气技术实现。限制在亚纳米孔中的有序18O2和16O2分子集合体之间的集体-核-量子效应差异可以解释观察到的平衡分离，并适用于其他同位素气体。分离比氢或氦更重的气体的同位素对于生物医学应用是必不可少的，但目前的方法非常耗能和耗时。在这里，作者报道了基于集体核量子效应，通过在纳米孔材料中的吸附来实现氧和甲烷同位素的低温分离。
Isotopes of heavier gases including carbon (13C/14C), nitrogen (13N), and oxygen (18O) are highly important because they can be substituted for naturally occurring atoms without significantly perturbing the biochemical properties of the radiolabelled parent molecules. These labelled molecules are employed in clinical radiopharmaceuticals, in studies of brain disease and as imaging probes for advanced medical imaging techniques such as positron-emission tomography (PET). Established distillation-based isotope gas separation methods have a separation factor (S) below 1.05 and incur very high operating costs due to high energy consumption and long processing times, highlighting the need for new separation technologies. Here, we show a rapid and highly selective adsorption-based separation of 18O2 from 16O2 with S above 60 using nanoporous adsorbents operating near the boiling point of methane (112 K), which is accessible through cryogenic liquefied-natural-gas technology. A collective-nuclear-quantum effect difference between the ordered 18O2 and 16O2 molecular assemblies confined in subnanometer pores can explain the observed equilibrium separation and is applicable to other isotopic gases. Separation of isotopes of heavier gases than hydrogen or helium is essential for biomedical applications, but current methods are very energy and time consuming. Here the authors report cryogenic separation of oxygen and methane isotopes through adsorption in nanoporous materials, based on a collective nuclear quantum effect.
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影响因子：
15
作者：
Gogotsi, Y;Dash, RK;Fischer, JE
通讯作者：
Fischer, JE
DOI：
10.1016/j.jasms.2005.02.005
发表时间：
2005-08-01
影响因子：
3.2
作者：
Hood, BL;Lucas, DA;Karsan, A
通讯作者：
Karsan, A
影响因子：
4.2
作者：
Kim, Jaewoo;Chang, Dae-Shik;Choi, Yun-Young
通讯作者：
Choi, Yun-Young
影响因子：
15
作者：
Niimura, Subaru;Fujimori, Toshihiko;Kaneko, Katsumi
通讯作者：
Kaneko, Katsumi
影响因子：
2.8
作者：
BEENAKKER, JJM;BORMAN, VD;KRYLOV, SY
通讯作者：
KRYLOV, SY