Synthesis and helium separation performance of polycrystalline membranesofthehigh precision molecular sieve MIL-116(Ga)

in: Communications Materials (2026)
Komal, Ayisha; Calderón-Rodriguez, Laura; Scheffler, Franziska; Grossmann, Eren; Sajzew, Roman; Wyrwa, Ralf; Hoyer, Thomas; Schacher, Felix H.; Knebel, Alexander
Helium is a finite but essential resource with important applications in medicine, research, and aerospace. Conventional He-upgrading from natural methane gas (CH4) is done by cryogenic distillation. This study presents energy-efficient He-upgrading by membrane separation using the “dense”metal-organicframework(MOF)MIL-116(Ga),whichenableshighprecisionmolecularsieving of non-adsorptive gases. MIL-116(Ga) membranes were synthesized on alumina disks after developing a method to homogeneously intergrow the MOF into a polycrystalline film. Single gas permeation experiments reveal exceptional ideal selectivity of αideal(H2/CH4) = 122 and αideal(He/ CH4)=87. In mixed gas permeation, the separation selectivity surpasses αideal(He/CH4)=207 GPU. Mixed-gas tests at realistic 4:96 He/CH4 feed gas composition reached a selectivity of α(He/ CH4)=31.9 and permeance for He of P(He)=227 GPU despite the low chemical potential. Electron microscopy uncovered a complex, grain-boundary microstructure, which limits perfect molecular sieving but still enables superior separation performance. This work demonstrates that dense MOFs, at the example of MIL-116(Ga) enables high performance He-upgrading, setting a new benchmark amongst reported MOF-based membranes. We highlight the potential of dense MOFs for the separations of small, non-adsorptive gases and the need to address grain boundary diffusion in polycrystalline MOF membranes.

Cookies & Skripte von Drittanbietern

Diese Website verwendet Cookies. Für eine optimale Performance, eine reibungslose Verwendung sozialer Medien und aus Werbezwecken empfiehlt es sich, der Verwendung von Cookies & Skripten durch Drittanbieter zuzustimmen. Dafür werden möglicherweise Informationen zu Ihrer Verwendung der Website von Drittanbietern für soziale Medien, Werbung und Analysen weitergegeben.
Weitere Informationen finden Sie unter Datenschutz und im Impressum.
Welchen Cookies & Skripten und der damit verbundenen Verarbeitung Ihrer persönlichen Daten stimmen Sie zu?

Sie können Ihre Einstellungen jederzeit unter Datenschutz ändern.