乙炔（C2H2）是生產(chǎn)各種有機(jī)化學(xué)品和聚合物的重要基礎(chǔ)原料，通常由碳?xì)浠衔锏牧呀饣蛱烊粴獾牟糠秩紵a(chǎn)生，其中不可避免地引入二氧化碳（CO2）作為污染物，需要將其除去以生產(chǎn)高純度的C2H2。乙烯（C2H4）生產(chǎn)的過(guò)程中常常伴有少量的C2H2雜質(zhì)，該雜質(zhì)對(duì)C2H4的聚合具有非常大的毒害作用。目前從其他氣體中分離C2H2的方法主要是低溫蒸餾、部分氫化或溶劑萃取等，存在效率低、成本高和能耗大等缺點(diǎn)。相比之下，基于多孔吸附劑的吸附分離技術(shù)是一項(xiàng)低能耗的分離工藝。通常來(lái)說(shuō)，大孔徑會(huì)提高吸附容量，但會(huì)犧牲選擇性；小孔徑可提高分離選擇性，但會(huì)降低容量。因此，要克服選擇性和C2H2吸附容量之間的權(quán)衡，仍然具有很大的挑戰(zhàn)性。
近日，浙江師范大學(xué)張?jiān)蠼淌?、汪玲瑤博士和福建師范大學(xué)陳邦林教授合作，通過(guò)對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，構(gòu)建了具有新型znv和wly拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的金屬有機(jī)框架材料ZNU-8和ZNU-9，實(shí)現(xiàn)了C2H2/CO2和C2H2/C2H4的高容量和高選擇性分離。
圖1 ZNU-8和ZNU-9的結(jié)構(gòu)示意圖對(duì)比 ZNU-8和ZNU-9都具有多種陰離子功能位點(diǎn)和多級(jí)孔隙率，和ZNU-8相比，ZNU-9具有更多的陰離子結(jié)合位點(diǎn)和三個(gè)不同大小的籠狀結(jié)構(gòu)，不僅具有極高的C2H2的吸附量（7.94 mmol/g），而且具有較高的C2H2/CO2（10.3）和C2H2/C2H4（11.6）選擇性，計(jì)算得到ZNU-9中每個(gè)陰離子吸附C2H2的量為4.94 mol/mol，是目前所有陰離子柱撐金屬有機(jī)框架材料中最高的。通過(guò)動(dòng)態(tài)穿透實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了ZNU-9對(duì)C2H2/CO2（50/50）和C2H2/C2H4（1/99）混合物的實(shí)際分離效果，同時(shí)，ZNU-9表現(xiàn)出高的C2H2動(dòng)態(tài)吸附量（5.13 mmol/g）和C2H4的產(chǎn)量（48.57 mmol/g）。DFT計(jì)算表明C2H2與SiF62-陰離子之間有很強(qiáng)的氫鍵相互作用，原位紅外光譜進(jìn)一步證實(shí)了這一點(diǎn)。 圖2 ZNU-8和ZNU-9的吸附分離性能 圖3 ZNU-9的吸附位點(diǎn)及結(jié)合能的DFT計(jì)算結(jié)果 這項(xiàng)工作證明了，在多孔材料中進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以構(gòu)建多種協(xié)同功能位點(diǎn)和多重孔隙率對(duì)實(shí)現(xiàn)氣體高效分離和儲(chǔ)存的重要意義，為后續(xù)金屬有機(jī)框架材料的設(shè)計(jì)提供了重要的思路。 論文信息 Topological Design of Unprecedented Metal-Organic Frameworks Featuring Multiple Anion Functionalities and Hierarchical Porosity for Benchmark Acetylene Separation Yuanbin Zhang, Wanqi Sun, Binquan Luan, Jiahao Li, Dong Luo, Yunjia Jiang, Lingyao Wang, Banglin Chen Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202309925
