暨南大學的丙烯/丙烷分離技術獲突破

近日，暨南大學研究團隊基于金屬-有機框架材料(MOF)吸附分離技術，首次提出正交陣列動態(tài)篩分機制，成功構筑一例基于該分離機制的框架材料(JNU-3)，可用于丙烯/丙烷吸附分離。相關研究成果發(fā)表于《自然》雜志。

丙烯是全球產量最高的基礎有機化工原料之一，年產量超過100 Mt。丙烷裂解生產丙烯是工業(yè)界重要的技術路線，但該技術不能直接得到高純度丙烯。為去除殘留的丙烷，往往需要高昂的設備投資和巨大的能量消耗，因此開發(fā)更環(huán)保的分離技術勢在必行。

MOF是一類由金屬節(jié)點和有機配體通過自組裝形成的具有確定組成與結構的晶態(tài)多孔材料。和傳統(tǒng)多孔材料(分子篩、活性碳等)相比，MOF具有可設計剪裁的框架和豐富多樣的孔道結構。MOF用于烯烴/烷烴混合物分離主要是基于裸露金屬位點的π電子絡合作用和孔道尺寸的篩分作用兩種常見策略。裸露金屬位點在一定程度上能共吸附烷烴，但難以分離出高純度烯烴，且還具有水分敏感性。基于剛性分子篩效應能夠將烷烴共吸附最小化，烯烴/烷烴選擇性最大化。但由于尺寸匹配的分子必須穿過許多小孔，難以達到吸附平衡，導致吸附-解吸動力學緩慢，能量效率低。

為解決上述問題，該研究團隊成功構筑擁有三維網格結構的JNU-3材料，沿著晶體學a軸是0.45 nm×0.53 nm的一維通道，在一維通道兩側是排列整齊的分子口袋，分子口袋和一維通道通過一個約0.37 nm的動態(tài)“葫蘆形”窗口相連。氣體可在一維通道中快速擴散，分子口袋則通過“葫蘆形”窗口選擇性地捕獲丙烯分子，丙烯/丙烷分離效果較好。……