C2低碳烃中的乙烯(C2H4)和乙炔(C2H2)是重要的化学原料和能源燃料气体。工业生产中,为得到高纯度的C2H2(> 99.5%)和C2H4(> 99.95%),往往伴随着C2H2/C2H4和C2H2/CO2分离过程。特别是在多组分混合气中分离出乙炔,而不吸附物化性质极为相近的C2H4 和CO2分子,极具有挑战。
在本工作中,低碳烃分离团队研究了一种二维层状的超微孔MOF Zn2(bpy)(btec),该材料的孔结构与通常MOFs中的一维空通道或者大的孔笼不同, 层板中形成的超微孔孔穴恰好适合C2H2的进入,而完全阻止C2H2,并且能限制CO2的吸附。从而实现非常优异的吸附选择性,并且在众多MOFs中,实现最低的C2H2和CO2共吸附量。在混合气体中分离C2H2极具潜力。
分离实验表明,Zn2(bpy)(btec)材料不仅在C2H2/C2H4 (1:99, v/v) 和C2H2/CO2 (50:50, v/v)双组分气体中表现出优秀的分离性能,在CH4/C2H2/C2H4/C2H6/ CO2等八组份的混合气体中分离C2H2的效果同样出色。
为推进该材料的工业应用进程,材料在水体系室温环境下的放大制备已经开发。并且该材料具有极高的水稳定性,热稳定性和酸碱稳定性。该材料兼具简易的制备工艺流程,异常的结构稳定性,以及优异的C2H2分离性能,预示其在今后MOF工业化开发中极具竞争力。
该项工作由本团队与荷兰阿姆斯特丹大学Rajamani Krishna教授,以及美国亚利桑那州立大学Bin Mu教授合作完成,发表在国际化工TOP期刊AIChE Journal上,陈杨为第一作者,李立博教授和Bin Mu教授为共同通讯作者。
Yang Chen, Yadan Du, Yong Wang, Rajamani Krishna, Libo Li*, Jiangfeng Yang, Jinping Li, Bin Mu*, A stable metal-organic framework with well‐matched pore cavity for efficient acetylene separation. DOI: 10.1002/aic.17152.
https://aiche.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aic.17152