太原理工大學(xué)在乙烷與乙烯分離研究上獲突破

近日“Science”雜志在線發(fā)表了太原理工大學(xué)作為第一單位的研究論文《具有鐵-過(guò)氧陰離子位點(diǎn)的金屬有機(jī)框架物用于乙烷/乙烯分離》。該研究成果是在太原理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院李晉平教授帶領(lǐng)下完成的，實(shí)現(xiàn)了乙烷-乙烯吸附反轉(zhuǎn)，制備出了高效乙烷吸附劑，可對(duì)不同濃度的乙烷、乙烯混合物一步分離得到聚合級(jí)乙烯。

傳統(tǒng)乙烯的工業(yè)制備是通過(guò)乙烷高溫裂解進(jìn)行，產(chǎn)物是乙烷和乙烯的混合物。工業(yè)上常用多步多級(jí)的低溫精餾分離技術(shù)，將該混合物分離得到純度在99.95%以上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)乙烯。該過(guò)程需要消耗大量能量，乙烯成本中大約75%都用在這一環(huán)節(jié)。

李晉平教授的團(tuán)隊(duì)第一次利用氧分子先與Fe-MOF材料中的不飽和空位結(jié)合，有效阻擋不飽和金屬空位與乙烯間的π鍵相互作用，顯著降低乙烯吸附量。同時(shí)，新構(gòu)建的Fe-O2基團(tuán)能對(duì)乙烷顯示出更強(qiáng)的吸附親和力，實(shí)現(xiàn)吸附乙烷強(qiáng)于乙烯，達(dá)到選擇性脫除乙烯中雜質(zhì)乙烷的目的。這一成果不僅巧妙地實(shí)現(xiàn)了乙烷-乙烯吸附反轉(zhuǎn)，也制備出迄今最高效的乙烷選擇吸附劑，使不同濃度的乙烷乙烯混合物一步分離得到聚合級(jí)乙烯。更重要的是，這種簡(jiǎn)單巧妙的思路可望應(yīng)用于其他MOFs中，為乙烷乙烯分離吸附劑的選擇開(kāi)辟出一條新途徑。

該研究成果的主要亮點(diǎn)為：一是發(fā)現(xiàn)了含有鐵-超氧位點(diǎn)的MOF對(duì)乙烷的吸附能力比乙烯更強(qiáng)；二是實(shí)現(xiàn)了在室溫常壓下高效分離制得99.99%純度的乙烯。該研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)制備出一種新型的MOF材料，并根據(jù)中子粉末衍射以及理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)Fe-O2可吸附乙烷的活性。MOF是孔洞結(jié)構(gòu)，乙烯和乙烷分子可以很好地穿過(guò)它，從而增加了吸附幾率。