7月13日，從福建師范大學(xué)傳出消息，該校化學(xué)與材料學(xué)院張章靜課題組利用簡(jiǎn)單有機(jī)分子自組裝氫鍵有機(jī)框架材料(HOFs)，在乙烯乙烷的分離上取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature Chemistry上。
業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，該項(xiàng)工作利用簡(jiǎn)單有機(jī)分子化合物，首次實(shí)現(xiàn)在工況溫度下乙烯乙烷的高效分離，將極大推動(dòng)氫鍵有機(jī)框架材料在高效、低能耗的工業(yè)分離中的實(shí)際應(yīng)用。
研究人員介紹，在最新的研究中，他們利用骨架柔性，提出溫度和壓力協(xié)同調(diào)控的“門控機(jī)制”策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)乙烯乙烷的高效分離。研究人員在設(shè)計(jì)合成新型有機(jī)小分子的基礎(chǔ)上，通過(guò)自組裝制備了一例具有獨(dú)特“剛?cè)岵?jì)”孔道特性的氫鍵有機(jī)框架材料，其三重穿插氫鍵網(wǎng)絡(luò)形成了可選擇性篩分乙烯乙烷的孔道結(jié)構(gòu)。氣體吸附和粉末衍射數(shù)據(jù)表明，弱的非經(jīng)典氫鍵(C-H…N)有利于骨架保持一定的柔性;同時(shí)連續(xù)的π…π作用可以增強(qiáng)骨架的剛性。這種剛?cè)岵?jì)的骨架結(jié)構(gòu)特征是實(shí)現(xiàn)“門控機(jī)制”的關(guān)鍵。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著溫度升高，吸附氣體所需的閾值壓力增加，在工況溫度(333K)時(shí)最大程度上減少共吸附現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的乙烯分離效果。單晶結(jié)構(gòu)表明，乙烯分子通過(guò)弱的C-H…π相互作用吸附在孔道中。同時(shí)，這種微孔HOF材料具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，在水、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及一些極性有機(jī)溶劑中都能保持骨架穩(wěn)定，為實(shí)現(xiàn)氣體分離純化的實(shí)際應(yīng)用提供了必要條件。
乙烯是石化產(chǎn)業(yè)的核心，預(yù)計(jì)到2023年全球的乙烯年產(chǎn)能將超過(guò)2億噸。在乙烯生產(chǎn)過(guò)程中，往往利用低溫精餾技術(shù)分離乙烷來(lái)實(shí)現(xiàn)提純，將消耗大量的能量，超過(guò)全球年能源消耗的0.3%。
利用晶態(tài)多孔材料，如金屬有機(jī)框架、共價(jià)有機(jī)框架和氫鍵有機(jī)框架等，實(shí)現(xiàn)碳?xì)浠衔锏母咝椒蛛x已取得諸多進(jìn)展。然而，孔道柔性往往成為阻礙低能耗、高純度乙烯分離的主要原因。一方面，乙烯乙烷尺寸差別極小，要求多孔材料需具有很高的尺寸匹配度。但有機(jī)組分具有一定的結(jié)構(gòu)柔性，其孔道尺寸在吸附過(guò)程中容易發(fā)生改變，難以實(shí)現(xiàn)分子篩分。另一方面，隨著壓力增加，柔性孔道逐漸變大，導(dǎo)致乙烯乙烷的共吸附現(xiàn)象嚴(yán)重。
滬公網(wǎng)安備 31011502005575號(hào)
