分離材料孔道結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)構(gòu)筑使其可以識(shí)別混合物分子尺寸或性質(zhì)的差異，從而極大地促進(jìn)了吸附分離技術(shù)的發(fā)展。然而，對(duì)于分子尺寸幾乎完全相同、物性差異性極小的分離體系，現(xiàn)有的孔道構(gòu)筑及調(diào)控手段仍然具有挑戰(zhàn)。例如，乙炔作為一種重要的化工原料，一般由碳?xì)浠衔锿ㄟ^蒸汽裂解或部分氧化制得，產(chǎn)物中通常含有二氧化碳雜質(zhì)，然而乙炔和二氧化碳具有相同的動(dòng)力學(xué)尺寸（3.3 ?）、極為相近的分子尺寸（乙炔為3.3 × 3.3 × 5.7 ?3，二氧化碳為3.2 × 3.3 ×5.4 ?3）和相似分子極化率（乙炔為33.3×1025 cm3，二氧化碳為29.1×1025 cm3），使得乙炔中二氧化碳的脫除具有挑戰(zhàn)。近日，浙江大學(xué)崔希利研究員和邢華斌教授團(tuán)隊(duì)通過對(duì)新型磺酸陰離子雜化的超微孔材料的構(gòu)筑及調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了對(duì)分子尺寸較大的乙炔的動(dòng)力學(xué)篩分，通過固定床穿透實(shí)驗(yàn)可以一次獲得高純乙炔。
研究中首先制備合成了由銅(II)、異煙酸和1,2-乙基二磺酸構(gòu)成的新型磺酸陰離子雜化材料ZU-610，由于磺酸作用位點(diǎn)的存在使得ZU-610對(duì)乙炔的優(yōu)先親和性高于二氧化碳。進(jìn)一步將ZU-610進(jìn)行合成后熱處理得到孔徑縮小的ZU-610a，盡管ZU-610a的孔徑大小相較于ZU-610略有收縮，但拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與ZU-610保持一致。有趣的是，經(jīng)過合成后熱處理收縮孔徑后，乙炔優(yōu)先吸附的ZU-610被翻轉(zhuǎn)為了二氧化碳優(yōu)先吸附材料（ZU-610a）。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，隨著孔徑減小到接近二氧化碳和乙炔的動(dòng)力學(xué)直徑，ZU-610中的熱力學(xué)控制的乙炔/二氧化碳分離過程轉(zhuǎn)變?yōu)閆U-610a動(dòng)力學(xué)控制的乙炔/二氧化碳分離過程。 同時(shí)，DFT理論模擬計(jì)算也表明ZU-610和ZU-610a都具有較低的二氧化碳吸附結(jié)合能，從而有利于降低吸附劑的再生能耗。 ZU-610a可高效識(shí)別乙炔和二氧化碳的擴(kuò)散差異，實(shí)現(xiàn)乙炔和二氧化碳的動(dòng)力學(xué)篩分，等摩爾濃度混合物動(dòng)態(tài)分離實(shí)驗(yàn)可直接獲得高純度的乙炔氣體，并且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，該研究為吸附分離用于動(dòng)力學(xué)直徑相似的分離體系提供了一種新思路。 論文信息 Kinetic-Sieving of Carbon Dioxide from Acetylene through a Novel Sulfonic Ultramicroporous Material Jiyu Cui, Zhensong Qiu, Lifeng Yang, Zhaoqiang Zhang, Prof. Xili Cui, Prof. Huabin Xing Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202208756
