鲁统部 :新型MOF材料助力高效乙烯纯化

tinghuayuan

轻质烃，如乙烷、乙烯和乙炔，是石油化工中使用最为广泛的原料分子。由于C2H4和C2H6的分子大小和挥发性相似，C2H4/C2H6混合物的分离被认为是最具挑战性但最重要的工业过程之一。目前，C2H2/C2H4或C2H6/C2H4分离的新方法主要集中在膜分离、有机溶剂吸附剂分离和MOF基吸附剂分离。在过去的几十年中，MOF已成为用于分离C2H2/C2H4或C2H6/C2H4混合物的新型功能性多孔材料。到目前为止，许多MOF在C2H2/C2H4的分离过程中具有出色的表现。然而从C2H2/C2H4/C2H6的三元混合物中同时并选择性地吸收C2H4和C2H2的MOF材料尚未见文献报道。

近日，天津理工大学鲁统部教授、张志明教授、美国德克萨斯A&M大学周宏才教授(共同通讯作者)等设计并合成了稳定的金属-有机框架TJT-100，其可从三元混合气中显著选择性吸附C2H2和C2H6，并在Angew. Chem. Int. Ed.上发表了题为“Simultaneously Trapping C2H2 and C2H6into a Robust Metal-Organic Framework from a Ternary Mixture of C2H2/C2H4/C2H6 forPurification of C2H4”的研究论文。突破性实验表明，TJT-100可作为从C2H2/C2H4/C2H6(0.5/99/0.5)三元混合物中高效纯化C2H4的吸附剂，所得C2H4纯度大于99.997%，已超过乙烯聚合所需纯度。计算研究表明，未配位的羧酸氧原子和配位水分子通过形成多重C-H•••O氢键和静电相互作用可以捕获C2H2和C2H6，而相应的'C2H4-框架'相互作用较弱。

综上所述，研究人员合成了一种新型多孔MOF(TJT-100)，其具有较高的热稳定性和酸/碱稳定性。该框架具有相对较高的C2H6、C2H4和C2H2吸附能力，在C2H2/C2H6/C2H4(0.5:0.5:99,v/v)三元混合物中显示出对C2H6和C2H2独特的选择性吸附，从而实现所得C2H4纯度大于99.997%。这主要归因于在孔表面上存在高密度的未配位羧酸盐氧原子和配位水分子，可通过多重静电相互作用捕获C2H6和C2H2分子。Me2NH2+在极化C2H6进而提高TJT-100对C2H6的亲和力中起到了重要作用。该工作不仅提供了一种可以从C2H2/C2H4/C2H6的三元混合物中获取高纯度的C2H4的新型材料，而且为探索功能氧原子对MOFs中C2物种分离的影响提供了新的见解。

文献链接：Simultaneously Trapping C2H2 and C2H6 into a Robust Metal-Organic Framework from a Ternary Mixture of C2H2/C2H4/C2H6 forPurification of C2H4(Angew. Chem. Int. Ed.,2018, DOI: 10.1002/anie.201809884)