This is an important book on multicomponent mass transfer, meant for readers already acquainted with the theory of mass transfer and the fundamentals of transport phenomena. Part 1, entitled Molecular Diffusion, contains the following chapters: Preliminary Concepts; The Maxwell-Stefan Relations; Fick's Law; Estimation of Diffusion Coefficients; Solution of multicomponent Diffusion Problems: The Linearized Theory; and Solution of Multicomponent Diffusion Problems: Effective Diffusivity Methods. Part 2, entitled Interphase Transfer, contains the following chapters: Mass-Transfer Coefficients; Film Theory; Unsteady-State Mass-Transfer Models; Mass Transfer in Turbulent Flow; and Simultaneous Mass and Energy Transfer. Part 3, entitled Design, contains the following chapters: Multicomponent Distillation: Mass-Transfer Models; Multicomponent Distillation: Efficiency Models; Multicomponent Distillation: A Nonequilibrium Stage Model; and Condensation of Vapor Mixtures. Appendices are provided on matrix algebra, equation-solving and estimation of a thermodynamic derivative matrix. A computer diskette is provided with the book; the examples in Chapters 1--13 are solvable using this diskette and the commercial package Mathcad which the user must obtain. A separate software package, Chemsep, is needed for some of the exercises in Chapter 14.

The limitations of the Fick's law for describing diffusion are discussed. It is argued that the Maxwell-Stefan formulation provides the most general, and convenient, approach for describing mass transport which takes proper account of thermodynamic non-idealities and influence of external force fields. Furthermore, the Maxwell-Stefan approach can be extended to handle diffusion in macro- and microporous catalysts, adsorbents and membranes.

Separating one organic from another Separating closely related organic molecules is a challenge (see the Perspective by Lin).The separation of acetylene from ethylene is needed in high-purity polymer production. Cui et al. developed a copper-based metal-organic framework with hexafluorosilicate and organic linkers designed to have a high affinity for acetylene. These materials, which capture four acetylene molecules in each pore, successfully separated acetylene from mixtures with ethylene. Propane and propylene are both important feedstock chemicals. Their physical and chemical similarity, however, requires energy-intense processes to separate them. Cadiau et al. designed a fluorinated porous metal-organic framework material that selectively adsorbed propylene, with the complete exclusion of propane. Science , this issue pp. 141 and 137 ; see also p. 121

Two representative metal–organic frameworks, Zn4O(BTB)2 (BTB3− = 1,3,5-benzenetribenzoate; MOF-177) and Mg2(dobdc) (dobdc4− = 1,4-dioxido-2,5-benzenedicarboxylate; Mg-MOF-74, CPO-27-Mg), are evaluated in detail for their potential use in post-combustion CO2 capture via temperature swing adsorption (TSA). Low-pressure single-component CO2 and N2 adsorption isotherms were measured every 10 °C from 20 to 200 °C, allowing the performance of each material to be analyzed precisely. In order to gain a more complete understanding of the separation phenomena and the thermodynamics of CO2 adsorption, the isotherms were analyzed using a variety of methods. With regard to the isosteric heat of CO2 adsorption, Mg2(dobdc) exhibits an abrupt drop at loadings approaching the saturation of the Mg2+ sites, which has significant implications for regeneration in different industrial applications. The CO2/N2 selectivities were calculated using ideal adsorbed solution theory (IAST) for MOF-177, Mg2(dobdc), and zeolite NaX, and working capacities were estimated using a simplified TSA model. Significantly, MOF-177 fails to exhibit a positive working capacity even at regeneration temperatures as high as 200 °C, while Mg2(dobdc) reaches a working capacity of 17.6 wt % at this temperature. Breakthrough simulations were also performed for the three materials, demonstrating the superior performance of Mg2(dobdc) over MOF-177 and zeolite NaX. These results show that the presence of strong CO2 adsorption sites is essential for a metal–organic framework to be of utility in post-combustion CO2 capture via a TSA process, and present a methodology for the evaluation of new metal–organic frameworks via analysis of single-component gas adsorption isotherms.

A preference for ethane Industrial production of ethylene requires its separation from ethane in a cryogenic process that consumes large amounts of energy. An alternative would be differential sorption in microporous materials. Most of these materials bind ethylene more strongly that ethane, but adsorption of ethane would be more efficient. Li et al. found that a metal-organic framework containing iron-peroxo sites bound ethane more strongly than ethylene and could be used to separate the gases at ambient conditions. Science , this issue p. 443

Carbon dioxide capture and separation are important industrial processes that allow the use of carbon dioxide for the production of a range of chemical products and materials, and to minimize the effects of carbon dioxide emission. Porous metal-organic frameworks are promising materials to achieve such separations and to replace current technologies, which use aqueous solvents to chemically absorb carbon dioxide. Here we show that a metal-organic frameworks (UTSA-16) displays high uptake (160 cm3 cm−3) of CO2 at ambient conditions, making it a potentially useful adsorbent material for post-combustion carbon dioxide capture and biogas stream purification. This has been further confirmed by simulated breakthrough experiments. The high storage capacities and selectivities of UTSA-16 for carbon dioxide capture are attributed to the optimal pore cages and the strong binding sites to carbon dioxide, which have been demonstrated by neutron diffraction studies. Metal-organic frameworks are promising candidates for capturing and sequestering carbon dioxide. Chen and co-workers report a metal-organic framework that exhibits high uptake of carbon dioxide at ambient conditions, and is a potentially useful adsorbent for post-combustion carbon dioxide capture.

The design and operation issues for reactive distillation systems are considerably more complex than those involved for either conventional reactors or conventional distillation columns. The introduction of an in situ separation function within the reaction zone leads to complex interactions between vapor–liquid equilibrium, vapor–liquid mass transfer, intra-catalyst diffusion (for heterogeneously catalysed processes) and chemical kinetics. Such interactions have been shown to lead to the phenomenon of multiple steady-states and complex dynamics, which have been verified in experimental laboratory and pilot plant units. We trace the development of models that have been used for design of reactive distillation columns and suggest future research directions.

Abstract Ordered open channels found in two‐dimensional covalent organic frameworks (2D COFs) could enable them to adsorb carbon dioxide. However, the frameworks’ dense layer architecture results in low porosity that has thus far restricted their potential for carbon dioxide adsorption. Here we report a strategy for converting a conventional 2D COF into an outstanding platform for carbon dioxide capture through channel‐wall functionalization. The dense layer structure enables the dense integration of functional groups on the channel walls, creating a new version of COFs with high capacity, reusability, selectivity, and separation productivity for flue gas. These results suggest that channel‐wall functional engineering could be a facile and powerful strategy to develop 2D COFs for high‐performance gas storage and separation.

The separation of hydrocarbons with carbon numbers in the 1–3 range is of great significance in the purification of natural gas, production of ethylene and propylene with the required 99.5%+ purity levels as feeds to polymerization reactors, and separation of ethyne from mixtures with ethylene. In this study the performances of a total of 19 different MOFs, carefully selected to span a wide range of functionalities, were evaluated for a variety of separation tasks. For all separation tasks investigated, MOFs with high density of open metal sites, CoMOF-74, MgMOF-74, and FeMOF-74, have significantly better separation potential than other MOFs, ZIFs or zeolites that have been suggested in the literature. Of particular significance is the possibility offered by CoMOF-74, MgMOF-74, and FeMOF-74 for “fractionating” a 6-component CH4/C2H2/C2H4/C2H6/C3H6/C3H8 mixture to yield individual pure components. Such separations are likely to have a significant industrial impact, resulting in significant energy savings when compared to current technologies that rely on distillation.

Metal-organic frameworks can offer pore geometries that are not available in zeolites or other porous media, facilitating distinct types of shape-based molecular separations. Here, we report Fe2(BDP)3 (BDP(2-) = 1,4-benzenedipyrazolate), a highly stable framework with triangular channels that effect the separation of hexane isomers according to the degree of branching. Consistent with the varying abilities of the isomers to wedge along the triangular corners of the structure, adsorption isotherms and calculated isosteric heats indicate an adsorption selectivity order of n-hexane > 2-methylpentane > 3-methylpentane > 2,3-dimethylbutane ≈ 2,2-dimethylbutane. A breakthrough experiment performed at 160°C with an equimolar mixture of all five molecules confirms that the dibranched isomers elute first from a bed packed with Fe2(BDP)3, followed by the monobranched isomers and finally linear n-hexane. Configurational-bias Monte Carlo simulations confirm the origins of the molecular separation.