Pseudo Lotus Leaf Layered Design to Enhance the Surface Hydrophobicity and CO2 Adsorption Capability of 13X Molecular Sieve

doi:10.7503/cjcu20260004

Abstract

Abstract:

A polystyrene-poly（methyl methacrylate）（PS-PMMA） hydrophobic layer was constructed on the surface of 13X molecular sieve and PS-PMMA/13X molecular sieve was prepared via a biomimetic lotus-leaf-like structural design. By integrating an organic nanoscale surface architecture， the fabrication of PS-PMMA/13X molecular sieve was achieved under mild conditions without disrupting the crystalline framework of the 13X molecular sieve， while maintaining thermal stability up to 370 ℃. The water contact angle increased to 127.6°， indicating significantly enhanced hydrophobicity. The modified 13X molecular sieve exhibited excellent water resistance while preserving its intrinsic adsorption properties. Static adsorption results revealed that CO₂ adsorption on PS-PMMA_0.05/13X follows the Langmuir model and is dominated by physisorption. After 6 h of water immersion followed by drying， the material retained over 92% of its adsorption capacity after ten cycles. Furthermore， under simulated humid flue gas conditions［15% relative humity（RH） and 15%（volume fraction） CO₂］， the CO₂ adsorption capacity reached 0.045 g/g， representing a 73% increase compared to pristine 13X molecular sieve， effectively suppressing competitive adsorption from water vapor. The PS-PMMA_0.05/13X molecular sieve demonstrates excellent CO₂ adsorption performance under high temperature， low concentration， and humid conditions. With a simple preparation method and robust performance， it shows strong potential for practical carbon capture applications.

Key words: 13X molecular sieve, Surface modification, Carbon dioxide capture

CLC Number:

O647

TrendMD:

LI Shiqing, WANG Zhuo, ZHANG Bin, ZENG Bingfang, RUAN Xianghui, LYU Menglan. Pseudo Lotus Leaf Layered Design to Enhance the Surface Hydrophobicity and CO₂ Adsorption Capability of 13X Molecular Sieve[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(8): 20260004.

Figures/Tables 10

References 51

[1]	Bashir A.， Ali M.， Patil S.， Aljawad M. S.， Mahmoud M.， Al⁃Shehri D.， Hoteit H.， Kamal M. S.， Earth⁃Sci. Rev.， 2024， 249， 104672
[2]	Mirziyoyeva Z.， Salahodjaev R.， Front. Energy Res.， 2023， 11， 1123269
[3]	Zhang X.， Li K.， Ma Q.， Fan J. L.， Chin. J. Popul. Resour.， 2021， 31（9）， 29—33
	张贤，李凯，马乔，樊静丽. 中国人口·资源与环境， 2021， 31（9）， 29—33
[4]	Zhang L. Y.， Song Y. F.， Shi J.， Shen Q.， Hu D.， Gao Q.， Chen W.， Kow K. W.， Pang C. H.， Sun N. N.， Adv. Atmos. Sci.， 2022， 39（8）， 1252—1270
[5]	Hong W. Y.， Carbon Capture Sci. T.， 2022， 3， 100044
[6]	Qi G. G.， Meng X. J.， Chem. J. Chinese Universities， 2023， 44（10）， 9—18
	戚刚刚，孟祥举. 高等学校化学学报， 2023， 44（10）， 9—18
[7]	Najafi A. M.， Soltanali S.， Khorashe F.， Ghassabzadeh H.， Chemosphere， 2023， 324， 138275
[8]	Yin Y. K.， Wu J. L.， Wang X. Y.， Ma K.， Zhai W. J.， Wu Z. J.， Zhang J. B.， Chem. Eng. Sci.， 2024， 288， 119838
[9]	Wang Z. P.， Yu J. H.， Xu R. R.， Chem. Soc. Rev.， 2012， 41（5）， 1729—1741
[10]	Huang W. W.， Ren J. W.， Fang Q. R.， Valtchev V.， Chem. J. Chinese Universities， 2018， 39（6）， 1127—1131
	黄薇薇，任家旺，方千荣， Valtchev V. 高等学校化学学报， 2018， 39（6）， 1127—1131
[11]	Yang X. D.， Wang Q. S.， Chen J.， Liu H. B.， Xu L. P.， Rao M. J.， Processes， 2024， 12（8）， 1547
[12]	Lu J. H.， Tang J. J.， Li J. M.， Wang S. L.， Appl. Therm. Eng.， 2022， 213， 118746
[13]	Mi Z. R.， Lu T. T.， Zhang J. N.， Xu R. R.， Yan W. F.， Chem. Res. Chinese Universities， 2022， 38（1）， 9—17
[14]	Wang B. H.， Zhu Y.， Qin Q. Y.， Liu H. X.， Zhu J.， Appl. Catal. A： Gen.， 2021， 611， 117952
[15]	Cao B. N.， Jia Q.， Li G. Q.， Cui H. T.， Li F.， Peng B.， Li L.， Chem. Commun.， 2025， 61（83）， 16274—16277
[16]	Lu X. X.， Hu H. L.， Lv X. J.， Zhang Y. X.， Zhang J.， Mod. Chem. Ind.， 2023， 43（10）， 105—110
	卢欣欣，胡华雷，吕晓静，张业新，张建. 现代化工， 2023， 43（10）， 105—110
[17]	Babić V.， Koneti S.， Moldovan S.， Debost M.， Gilson J. P.， Valtchev V.， Micropor. Mesopor. Mat.， 2022， 329， 111513
[18]	Pliekhov O.， Pliekhova O.， Arčon I.， Bondino F.， Magnano E.， Mali G.， Logar N. Z.， Micropor. Mesopor. Mat.， 2020， 302， 110208
[19]	Yin T.， Meng X.， Jin L. P.， Yang C.， Liu N. W.， Shi L.， Micropor. Mesopor. Mat.， 2020， 305， 110327
[20]	He X. R.， Xue B.， Wei R. X.， Liao K. L， Li G. Y.， Zhao T. B.， Energ. Convers. Manage.， 2024， 313， 118612
[21]	Jovellana J. A. K. P.， Pajarito B. B.， Key Eng. Mater.， 2019， 801， 179—184
[22]	Li Y. X.， Shen J. X.， Peng S. S.， Zhang J. K.， Wu J.， Liu X. Q.， Sun L. B.， Nat. Commun.， 2020， 11（1）， 3206
[23]	Liu M.， Jiang L.， Adv. Funct. Mater.， 2010， 20（21）， 3753—3764
[24]	Dumbre D.， Ayoub E.， Dawaymeh F.， Abbas Y.， Elmhamdi A.， Matouk Z.， Alazzam A.， Khaleel M.， Alamoodi N.， Eur. Polym. J.， 2024， 218， 113365
[25]	Nalawade S. P.， Picchioni F.， Marsman J. H.， Janssen L. P. B. M.， J. Supercrit. Fluids， 2006， 36（3）， 236—244
[26]	Zhang K.， He G. Y.， Wang N.， Dong Z. Y.， Ma Y. H.， Xu J.， Mei D. H.， Sun Q. M.， Yu J. H.， J. Am. Chem. Soc.， 2025， 147（30）， 26277—26285
[27]	Liu J. B.， Sun X. Z.， Li N.， Tan T. T.， Zhang F.， Sun M.， Liu Q.， Env. Pollut. Bioavail.， 2024， 36（1）， 2387683
[28]	Xu Q.， Lu J. Y.， Zhou Z. Y.， Jin Y. J.， Sep. Purif. Technol.， 2025， 369， 133147
[29]	Sun Y. B.， Tang J. F.， Li G. Y.， Hua Y. H.， Li H.， Hu S. Y.， ACS Omega， 2022， 7（22）， 18542—18551
[30]	He W. Y.， Wang J.， Li Y. X.， Ye W. H.， Jing C.， Lv M. H.， Huang H. M.， Fu M. L.， Wu J. L.， Hu Y.， Ye D. Q.， Acta Sci. Circ.， 2022， 42（3）， 373—383
	何文宇，王婧，李艳霞，叶文桦，井察，吕明慧，黄皓旻，付名利，吴军良，胡芸，叶代启. 环境科学学报， 2022， 42（3）， 373—383
[31]	Yan X. H.， Li P.， Yuan H.， Huang W.， Hu Z.， Yang R. T.， Sep Purif. Technol.， 2025， 354， 129304
[32]	Krishnan M. R.， Aldawsari Y. F.， Alsharaeh E. H.， J. Appl. Polym. Sci.， 2021， 138（9）， 49942
[33]	Cheng X. Y.， Wu C. L.， Wu X.， Li H. X.， Coal Convers.， 2021， 44（3）， 76—82
	程晓莹，武成利，吴祥，李寒旭. 煤炭转化， 2021， 44（3）， 76—82
[34]	Si Y. C.， Wu T.， Multipurpose Util. Miner. Resour.， 2022， 43（4）， 157—161
	司玉成，吴涛. 矿产综合利用， 2022， 43（4）， 157—161
[35]	Aldosari M. A.， Alsaud K. B. B.， Othman A.， Al⁃Hindawi M.， Faisal N. H.， Ahmed R.， Michael F. M.， Krishnan M. R.， Asharaeh E.， Polymers， 2020， 12（5）， 1155
[36]	Dai R. J.， Zhao Y. Q.， Zhai Q. C.， Wang S. Y.， Li H.， Chen X. X.， Yu J. L.， Dou J. X.， Colloid Surface A.， 2025， 716， 136716
[37]	Krishnan M. R.， Alshabib R. M.， Alsharaeh E. H.， Polymers， 2025， 17（14）， 1970
[38]	Madhu J.， Santhanam A.， Natarajan M.， Velauthapillai D.， RSC Adv.， 2022， 12（36）， 23221—23239
[39]	Ren W. R.， Zhou G. L.， Li R. H.， Jiang W. L.， Wang Z. R.， Li J. C.， Xuan S. G.， Cui Y. X.， Pet. Process. Pet.， 2024， 55（12）， 13—21
	任文瑞，周广林，李汝晗，姜伟丽，王仲戎，李继聪，宣守国，崔玉鑫. 石油炼制与化工， 2024， 55（12）， 13—21
[40]	Mi Z. R.， Li S. J.， Liu W.， Wang J.， Deng D. H.， Liu P. S.， Tian P.， Liu C.， Yan W. F.， Zhu K. K.， J. Am. Chem. Soc.， 2025， 147（20）， 16922—16934
[41]	Xu Z. C.， Yu Z. D.， Wu H. F.， Wu P. W.， Wu H. X.， Chao Y. H.， Zhu W. S.， Liu Z. C.， Xu C. M.， CIESC J.， 2025， 76（5）， 2198—2208
	徐智超，俞镇东，吴昊峰，吴沛文，武洪翔，巢艳红，朱文帅，刘植昌，徐春明. 化工学报， 2025， 76（5）， 2198—2208
[42]	Zhan F.， Gao W. N.， Zhao F.， Qin P.， Sun X. L.， Sun C. K.， Tang S. S.， Wang L.， Soft Matter， 2022， 18（11）， 2123—2128
[43]	Shen Y.， Yang X. W.， Zheng J. Y.， Liang Y. H.， Zhao X. X.， Ying Z. Y.， Zhao J. K.， Ye J. X.， Zhang S. H.， Sep. Purif. Technol.， 2025， 373， 133488
[44]	Olushola S. B.， Bocus K. M. A.， Devnath B.， Reza M. T.， Pahinkar D. G.， Surf. Interf.， 2026， 83， 108554
[45]	Hu M. H.， Qie Z. P.， Liu Z. B.， Lu X. P.， Bai S. Y.， Lv L， Wang Z. P.， Xiang H. Z.， Ou X. X.， Zhuang Y. Y.， Micropor. Mesopor. Mat.， 2025， 384， 113465
[46]	Han C. H.， Teng Y.， Zhang K.， Acta Sci. Circ.， 2026， 46（1）， 310—320
	韩晨浩，滕阳，张锴. 环境科学学报， 2026， 46（1）， 310—320
[47]	Zhou A. G.， Yang C. R.， Xue M.， Xue B.， Zheng J. L.， Li X. C.， Nie F.， Zhao X. L.， Mi J. G.， Sep. Purif. Technol.， 2025， 355， 129689
[48]	Kwon D. I.， Kim J. C.， Lee H.， Lee W.， Jo C.， Chem. Eng. J.， 2022， 427， 131461
[49]	Zhao T.， Wei Y. J.， Wang J. W.， Wang Q.， Chen Y. L.， Liu X. Z.， Zhao Y. F.， Sep. Purif. Technol.， 2023， 317， 123762
[50]	Gao F.， Li Y. K.， Bian Z. J.， Hu J.， Liu H. L.， J. Mater. Chem. A.， 2015， 3（15）， 8091—8097
[51]	Miyamoto M.， Ono S.， Kusukami K.， Oumi Y.， Uemiya S.， ChemSusChem， 2018， 11（11）， 1756—1760

Temperatur/℃	Langmuir adsorption model			Freundlich adsorption model
Temperatur/℃	q_m	k	R²	k	1/n	R²
40	0.195	0.091	0.988	0.048	0.297	0.967
60	0.198	0.039	0.998	0.023	0.431	0.981
80	0.171	0.019	0.997	0.009	0.559	0.995
100	0.128	0.017	0.968	0.005	0.595	0.943

Temperatur/℃	Langmuir adsorption model			Freundlich adsorption model
Temperatur/℃	q_m	k	R²	k	1/n	R²
40	0.195	0.091	0.988	0.048	0.297	0.967
60	0.198	0.039	0.998	0.023	0.431	0.981
80	0.171	0.019	0.997	0.009	0.559	0.995
100	0.128	0.017	0.968	0.005	0.595	0.943

Molecular sieve	Hydrophobic modification	Adsorption conditions			Adsorption capacity/（g∙g^-1）	Ref.
Molecular sieve	Hydrophobic modification	Temperature/℃	CO₂ volume fraction（%）	RH（%）	Adsorption capacity/（g∙g^-1）	Ref.
MOR	Dealumination	25	9	75	0.0298	［45］
NaX	Silanization	50	14	5	0.0150	［46］
NaX	Polyacrylate hydrophobic layer	40	10	11	0.0563	［47］
β	Benzylamine functionalization	40	10.5	5	0.0382	［48］
13X	Carbon coating	25	13.6	4.5	0.0460	［49］
A Type	Imidazolate⁃based hydrophobic layer	25	15	90	0.1174	［50］
ZSM⁃5	All⁃silica MFI hydrophobic layer	40	15	100	0.0132	［51］
PS⁃PMMA_0.05/13X	PS⁃PMMA hydrophobic particle layer	50	15	15	0.0440	This work

Molecular sieve	Hydrophobic modification	Adsorption conditions			Adsorption capacity/（g∙g^-1）	Ref.
Molecular sieve	Hydrophobic modification	Temperature/℃	CO₂ volume fraction（%）	RH（%）	Adsorption capacity/（g∙g^-1）	Ref.
MOR	Dealumination	25	9	75	0.0298	［45］
NaX	Silanization	50	14	5	0.0150	［46］
NaX	Polyacrylate hydrophobic layer	40	10	11	0.0563	［47］
β	Benzylamine functionalization	40	10.5	5	0.0382	［48］
13X	Carbon coating	25	13.6	4.5	0.0460	［49］
A Type	Imidazolate⁃based hydrophobic layer	25	15	90	0.1174	［50］
ZSM⁃5	All⁃silica MFI hydrophobic layer	40	15	100	0.0132	［51］
PS⁃PMMA_0.05/13X	PS⁃PMMA hydrophobic particle layer	50	15	15	0.0440	This work

Pseudo Lotus Leaf Layered Design to Enhance the Surface Hydrophobicity and CO₂ Adsorption Capability of 13X Molecular Sieve

RichHTML

PDF (PC)

Supplement

Knowledge

Abstract

Cite this article

share this article

Figures/Tables 10

References 51

Related Articles 15

Recommended Articles

Metrics

Comments

[1]	LIANG Luxian, SONG Anqi, ZHOU Yang, SUN Ping, WANG Deqiang, WEI Jie. Piezoelectric Effect of Polyether Ether Ketone Fibers Loaded with Bismuth Oxide Stimulating Osteogenic Differentiation [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(7): 20240169.
[2]	ZHAO Sheng, HUO Zhipeng, ZHONG Guoqiang, ZHANG Hong, HU Liqun. Preparation of Modified Gadolinium/Boron/Polyethylene Nanocomposite and Its Radiation Shielding Performance for Neutron and Gamma-ray [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(6): 20220039.
[3]	SHI Ying, HU Guangjian, WU Minjie, LI Feng. Applications of Low Temperature Plasma for the Materials in Li-ion Batteries [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(5): 1315.
[4]	JI Shaobo, CHEN Xiaodong. Surface and Interface Chemistry in Flexible Electronics [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(4): 1074.
[5]	YAN Fanyong, SUN Zhonghui, PANG Jiping, JIANG Yingxia, CHEN Yuan. Functionalized Carbon Dots of Benzothiazine Derivatives for Detection of Quercetin in Ginkgo Biloba Tea [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(8): 1768.
[6]	PENG Xinyan, LIU Yunhong, LI Jiawen, FENG Yilong, WANG Hanchun. Preparation and Characterization of Tannin/Zwitterionic Modified Oil-water Separation Membrane ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(6): 1337.
[7]	CHEN Liangdan,ZOU Wei,WU Liang,XIA Fanjie,HU Zhiyi,LI Yu,SU Baolian. Nano-Al₂O₃ Coated Li-rich Cathode Material Li_{1. 2}Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂ for Highly Improved Lithium-ion Batteries ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(6): 1329.
[8]	LIU Shuaizhuo,ZHANG Qian,LIU Ning,XIAO Wenyan,FAN Leiyi,ZHOU Ying. One-step Synergistic Hydrophobic Modification of Melamine Sponge and Its Application ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(3): 521.
[9]	ZHANG Xinyu, WANG Hong, FANG Yun, FAN Ye. Stimuli-responsive Fe₃O₄ Nanoparticle Modified by Conjugated Linoleic Acid [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(11): 2519.
[10]	MAO Long, LIU Yuejun, FAN Shuhong. Preparation and Properties of Polypyrrole Modified Layered Clay/poly(ε-caprolactone) Antibacterial Nanocomposites [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(8): 1726.
[11]	SUI Jiayang, LIU Xiaoyang, QIAN Miaomiao, ZHU Yanchao, XUE Beichen, FENG Yi, TIAN Yumei, WANG Xiaofeng. Surface Modification of Silica/carbon Black Derived from Rice Husks and Its Influence on Natural Rubber Composites^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(7): 1561.
[12]	LIU Zile, ZENG Zequan, YANG Jieyang, CUI Yan, WU Ailian, LI Zhe, HUANG Zhanggen. Degradation of Phenol with Persulfate Activated by Surface Modified Activated Carbon^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2017, 38(7): 1241.
[13]	MA Zichuan, LI Junshu, XING Shengtao. Facile Cyclohexane-mediated Hydrothermal Synthesis of Modified δ-MnO₂ with Enhanced Fenton-like Catalytic Activity^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2017, 38(4): 636.
[14]	SUN Hui, YU Qingsong, YANG Biao, XU Guozhi. Surface Hydrophilic Modification of Poly(ether ether ketone) and Immobilization of Collagen^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2016, 37(6): 1154.
[15]	CAO Xiaolu, WANG Longlong, WANG Yajun, XU Qunjie, LI Qiaoxia. Facile Preparation of Amino-modified Pd/TiO₂/C Nanocatalyst and Its Electrocatalytic Performance for Ethanol Oxidation in Alkaline Solution^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(6): 1187.