乙炔與二氧化碳的分子尺寸（乙炔: 3.3 × 3.3 × 5.7 ?3; 二氧化碳：3.2 × 3.3 × 5.4 ?3）及沸點(diǎn)（乙炔：189.2 K；二氧化碳：194.7 K）極其相近，使得二者的分離過程充滿挑戰(zhàn)。相比精餾和溶劑萃取等工藝，物理吸附分離技術(shù)具有能耗低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是極具潛力的下一代分離純化技術(shù)。與優(yōu)先吸附乙炔的材料相比，優(yōu)先吸附二氧化碳的材料在能源效率上具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榭梢栽诓恍枰偕那闆r下輕松地從分離柱中一步分離，得到高純度乙炔。然而，傳統(tǒng)的多孔材料往往更易與相對(duì)酸性和可極化的乙炔分子相互作用，從而優(yōu)先吸附乙炔。迄今為止，僅有少數(shù)材料展現(xiàn)出對(duì)二氧化碳的優(yōu)先選擇性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了這種反向CO2/C2H2分離。值得一提的是，HOFs可以通過簡(jiǎn)單的重結(jié)晶進(jìn)行再生，為其在實(shí)際應(yīng)用中提供了巨大的前景，例如，HOF-FJU-1在乙烯/乙烷和丙烯/丙烷的分離上展現(xiàn)出卓越性能。然而，專門用于反向CO2/C2H2分離的氫鍵有機(jī)框架仍尚未被報(bào)道。
近日，福建師范大學(xué)的張章靜課題組報(bào)道了一個(gè)由簡(jiǎn)單的有機(jī)小分子2,4,6-三(1H-吡唑-4-基)吡啶構(gòu)建的新型超微孔二維氫鍵有機(jī)框架（HOFs），命名為HOF-FJU-88。首次在HOFs中實(shí)現(xiàn)了二氧化碳/乙炔的反向篩分。 HOF-FJU-88展現(xiàn)出對(duì)二氧化碳的高選擇性，能在環(huán)境條件下吸附高達(dá)59.6 cm3/g的二氧化碳，但對(duì)乙炔的吸附只有6.28 cm3/g。在296 K及1 bar下，其IAST選擇性高達(dá)1894，這超越了許多現(xiàn)有的MOFs材料。動(dòng)態(tài)穿透實(shí)驗(yàn)證明了HOF-FJU-88的實(shí)際分離性能，可以一步得到純度為99.99 %的乙炔。乙炔動(dòng)態(tài)生產(chǎn)率可以達(dá)到1984 mmol/kg，并且在低濃度高流速條件下及各種濕度條件下都依然保持優(yōu)異的分離性能。DFT計(jì)算和原位紅外漫反射光譜揭示，HOF-FJU-88層內(nèi)的氫原子能夠通過C-H···O氫鍵將二氧化碳分子牢牢固定在二維層內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)二氧化碳與乙炔的高效篩分。這一突破性研究展現(xiàn)了簡(jiǎn)單的有機(jī)分子的強(qiáng)大潛力，它們可以自組裝成HOFs材料，從而滿足挑戰(zhàn)性的氣體分離需求。 論文信息 A Microporous Hydrogen Bonded Organic Framework for Highly Selective Separation of Carbon Dioxide over Acetylene Yunbin Li, Xue Wang, Dr. Hao Zhang, Lei He, Jiali Huang, Wuji Wei, Zhen Yuan, Zhile Xiong, Huadan Chen, Prof. Shengchang Xiang, Prof. Banglin Chen, Prof. Zhangjing Zhang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202311419
