乙烯是石油化工產(chǎn)品聚乙烯的重要原料，生產(chǎn)乙烯過程中伴隨著乙炔的產(chǎn)生，然而乙炔將毒化乙烯聚合催化劑，嚴(yán)重影響聚乙烯產(chǎn)品純度；因此，乙炔/乙烯分離顯得十分重要。傳統(tǒng)分離方法依賴于能量密集型技術(shù)，例如：低溫蒸餾；發(fā)展多孔膜材料并進(jìn)行膜分離有望實(shí)現(xiàn)低能耗、高效率分離乙炔/乙烯。
近年來，共價(jià)有機(jī)骨架（COF）因其孔道結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性高及易于成膜等特性，成為多孔材料及膜技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)科學(xué)前沿。目前已報(bào)道的COF膜材料普遍存在乙炔分子識別能力不足的問題，從而導(dǎo)致乙炔/乙烯分離選擇性偏低。針對上述問題，鄒小勤教授/朱廣山教授團(tuán)隊(duì)通過單體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)建了一種具有官能團(tuán)對的超微孔二維COF材料，并采用自上而下的策略剝離成超薄納米片，制備成COF薄膜用于高效分離乙炔/乙烯（圖1）。
圖1. 納米片COF膜分離乙炔/乙烯示意圖（A）、TP-IQD COF的晶體結(jié)構(gòu)（B）、納米片的掃描電鏡（C）及原子力顯微鏡（D）照片 研究者設(shè)計(jì)了分別含N, O官能團(tuán)的三醛基間苯三酚（TP）和5, 8-二氨基異喹啉（IQD）單體，成功合成了骨架上共存N-O功能對的超微孔TP-IQD COF。平面結(jié)構(gòu)的單體有利于COF層的π-π堆積，大的IQD單體以及[2+3]連接模式易于超微孔的形成，N, O官能團(tuán)在孔道內(nèi)壁可構(gòu)成功能對，這些結(jié)構(gòu)特征賦予了此種COF在物質(zhì)傳輸中兼具分子篩分效應(yīng)和選擇性吸附的優(yōu)勢。吸附結(jié)果表明，TP-IQD COF在1 bar、298 K下的乙炔吸附量為46 cm3 g-1、乙炔/乙烯選擇性為14，遠(yuǎn)高于單一官能團(tuán)的COFs。此外，采用機(jī)械研磨法將該二維COF材料剝離成超薄納米片，并與商用高分子6FDA-ODA澆筑成TP-IQD/6FDA-ODA混合基質(zhì)膜。所制備的COF膜在乙炔/乙烯氣體分離中表現(xiàn)出優(yōu)異的乙炔滲透性和乙炔/乙烯滲透選擇性，分別是聚合物膜的430%和160%，進(jìn)一步證實(shí)了官能團(tuán)對的構(gòu)建策略有利于制備具有乙炔/乙烯分離導(dǎo)向的COF膜材料（圖2）。 圖2. TP-IQD/6FDA-ODA膜的掃描電鏡圖（A, B）與對單組份/雙組份乙炔/乙烯的分離結(jié)果（C, D） 在本項(xiàng)工作中，鄒小勤教授/朱廣山教授團(tuán)隊(duì)以乙炔/乙烯分離為功能導(dǎo)向，發(fā)展了一種官能團(tuán)對構(gòu)建策略大幅提升超微孔COF材料的乙炔/乙烯膜分離性能，該策略為今后設(shè)計(jì)合成具有高性能COF分離膜提供了一種新思路。 論文信息 Ultramicroporous Covalent Organic Framework Nanosheets with Functionality Pair for Membrane C2H2/C2H4 Separation Dr. Jialu Li, Zeliang Cheng, Ziyang Wang, Junchao Dong, Haicheng Jiang, Wenjian Wang, Prof.?Dr. Xiaoqin Zou, Prof.?Dr. Guangshan Zhu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202216675
