仲崇立院长团队在C4同分异构体分离方面取得重要进展

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近日，《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed., IF: 16.823）在线发表了我校化工学院仲崇立/黄宏亮团队完成的题为”Stepwise engineering of a cage-like MOF pore aperture for the efficient separation of isomeric C4 paraffins under humid conditions”的学术论文（Lu Wang, Wenjuan Xue, Hejin Zhu, Xiangyu Guo, Hongliang Huang*, Chongli Zhong*, Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202218596）。
       正丁烷和异丁烷均为重要的石化基础原料。工业上C4烷烃同分异构体通常由裂解气或异构化产物中获得，以混合物的形式存在。因此，需要进行C4烷烃同分异构体分离，且分离难度较大。工业上通常采用低温精馏进行分离，投资大、操作复杂、能耗高。在此方面，吸附分离具有优势，但传统的吸附剂在分离选择性和吸附量两者之间往往存在相互制约，难以兼得。因此，理想的吸附剂材料不仅应具有合适的孔穴尺寸实现分子筛分效应，同时应具有高的孔隙率以兼具良好的吸附容量。

图1 笼状MOF的孔穴尺寸调控和C4烷烃异构体分离示意图

        本工作在前期MOF设计与制备研究的基础上（Nat. Catal., 2021, 4, 719； Nat. Commun., 2018, 9, 187），通过在具有较大孔笼的Zn-bzc MOF的孔笼窗口处引入甲基基团，得到甲基修饰的Zn-bzc-2CH3 材料，实现了正丁烷和异丁烷的高效分离。一方面，甲基的引入有效地调节了笼状MOF的孔尺寸，实现了正丁烷和异丁烷的分子筛分分离。另一方面，笼状的孔结构提供了较高的孔隙率，使其在298 K和1 bar下具有较高的正丁烷吸附容量。此外，引入的甲基基团在MOF孔道内创建了疏水环境，大大增加了MOF材料的化学稳定性，并且很好地消除了水汽对分离的影响。该新材料在分离性能和稳定方面均具有优势，表现出良好的应用前景。
       该工作的第一作者为博士生王璐，黄宏亮副研究员和仲崇立教授为共同通讯作者。本工作受到科技部国家重点研发计划项目（No. 2021YFB3802200）、国家自然基金（No. 22038010, 21978212）的资助。
        文章来源：天津工业大学
       仲崇立，博士，教授，博士生导师，国家杰出青年基金获得者，天津工业大学教授。研究方向：（1）针对纳米材料研究的需要，进行新概念/方法建立、理论与模拟方法改进，丰富纳米材料领域的理论与分子模拟方法； （2）采用分子模拟与量化计算等方法，进行MOF（metal-organicframeworks）新型材料的储气、分离与催化等特性研究，为MOF 材料开发提供理论指导；（3）进行新型纳微结构材料的设计、合成与性能研究，特别是用于CO2捕获及工业气体分离的应用基础研究。
        黄宏亮，天津工业大学化学工程与技术学院，研究员，博士生导师。主要研究方向是MOF/COF材料设计和化工分离/催化的实验和理论研究。总共发表SCI论文130多篇，总共他引4800多次，H因子43。其中，在Nature Catalysis、Nature Communications等国际顶级期刊上发表第一/通讯作者论文60余篇。主持国家自然科学基金面上1项、青年基金1项，参与国家自然科学基金重点项目1项、天津市科技局项目2项；获得天津市自然科学奖一等奖和中国石油与化学工业联合会科技进步一等奖各1项，授权发明专利9项。入选天津市“131”人才、天津市高校中青年骨干创新人才、天津市创新人才推进计划青年科技优秀人才等人才称号。