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本網(wǎng)訊（化學(xué)化工學(xué)院）近日，我?；瘜W(xué)化工學(xué)院王珺教授課題組在低碳烴吸附分離領(lǐng)域再次取得新進(jìn)展，其團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制備了具有致密負(fù)電性孔環(huán)境的新型硫酸根鹽柱撐超微孔吸附劑材料，并成功應(yīng)用于C2H2/CO2的高效選擇性分離。本工作是南昌大學(xué)化工學(xué)科在分離工程領(lǐng)域近年來(lái)快速提升的標(biāo)志性成果之一。

高純度乙炔（> 99%）是生產(chǎn)乙烯類(lèi)和丙烯酸酯類(lèi)聚合物等化工產(chǎn)品的重要原料。在工業(yè)上，乙炔（C2H2）通常是采用甲烷部分燃燒或碳?xì)浠衔餆崃呀舛a(chǎn)生的，其中二氧化碳（CO2）不可避免地共存，嚴(yán)重影響了后續(xù)的利用效率。目前從C2H2/CO2混合氣體中分離C2H2主要依賴(lài)于低溫蒸餾，由于它們極為相似的沸點(diǎn)（C2H2, 189.3 K; CO2, 194.7 K)，因此往往需要消耗極大的能量。相比之下，采用多孔吸附劑的吸附技術(shù)是用于二者分離的一種有前途的替代方案。然而由于二者具有相似的動(dòng)力學(xué)直徑和分子極化率，設(shè)計(jì)制備同時(shí)具有高C2H2吸附容量和C2H2/CO2選擇性的MOF吸附劑一直是目前研究中的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。

王珺教授課題組利用孔道工程調(diào)控和電性匹配策略，使用具有較高電負(fù)性乙烯鍵的1,1,2,2－四（吡啶-4-基)乙烯 (TEPE) 和孔徑尺寸控制設(shè)計(jì)制備了具有高負(fù)電性孔環(huán)境的新型硫酸根鹽柱撐超微孔MOFs材料SOFOUR-TEPE-Zn（圖1）。配體取代后，SOFOUR-TEPE-Zn中的C="C部分由于其較高的電負(fù)性，在X軸上比SOFOUR-1-Zn中的苯環(huán)吸引更多的電子(圖1d和1e)。同時(shí)，沿著Z軸，與苯環(huán)上暴露的帶正電的H原子形成對(duì)比(圖1g)，乙烯鍵上暴露在孔表面的是帶負(fù)電的C原子(圖1i)。因此，被有機(jī)配體夾在中間的層間區(qū)域也顯示出了電負(fù)性的孔表面。結(jié)合較小的孔尺寸，成功地在SOFOUR-TEPE-Zn中構(gòu)建了一個(gè)更密集的電負(fù)性孔環(huán)境。

圖1.SOFOUR-1-Zn與SOFOUR-TEPE-Zn的結(jié)構(gòu)及孔徑尺寸和孔道環(huán)境示意圖

與SOFOUR-1-Zn相比，SOFOUR-TEPE-Zn在低壓區(qū)域表現(xiàn)出更高的C2H2吸附，其吸附總量也更高 (圖2)。但對(duì)二氧化碳的吸附容量卻遠(yuǎn)低于SOFOUR-1-Zn。IAST計(jì)算表明SOFOUR-TEPE-Zn在298 K時(shí)表現(xiàn)出創(chuàng)紀(jì)錄的分離選擇性，為目前報(bào)道的最高值 (16833)。動(dòng)態(tài)突破實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了其應(yīng)用的可行性和在不同流量下的良好循環(huán)性能。同時(shí)，對(duì)C2H2適中的吸附熱有利于吸附劑的高效解吸再生。在解吸循環(huán)中，通過(guò)分級(jí)吹掃和溫和加熱，可回收純度99.5 %的C2H2 (60.1cm3 g-1)或純度99.99 %的C2H2 (33.2 cm3 g-1)。模擬變壓吸附過(guò)程表明，逆流吹掃過(guò)程可生產(chǎn)純度高達(dá)99.5+ %的 C2H2 (75.5 cm3 g-1)，氣體回收率為99.82 %。晶體建模模擬研究揭示了C2H2在晶體孔道中的四個(gè)有利吸附位置和致密堆積。

圖2 SOFOUR-TEPE-Zn的氣體吸附行為及選擇性、吸附熱對(duì)比

研究成果以“Engineering Pore Environments of Sulfate-pillared Metal-Organic Framework for Efficient C2H2/CO2 Separation with Record Selectivity”為題發(fā)表在國(guó)際著名期刊Advanced Materials (IF: 32.086) 上，南昌大學(xué)王珺教授為唯一通訊作者，2021級(jí)碩士研究生劉星為文章第一作者，南昌大學(xué)為唯一通訊單位。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202210415

編    輯：曾  慧

責(zé)任編輯：涂金鳳