侯磊、王尧宇课题组在MOFs乙烷/乙烯分离方面取得新进展

乙烯(C2H4)是石化行业需求量最大的原料,2021年全球产量超过2.1亿吨。乙烯主要由乙烷(C2H6)热分解和化石燃料蒸汽裂解产生,产物中含有少量的乙烷杂质。低温蒸馏是工业上分离乙烯/乙烷最常用的技术,但由于两种气体的沸点和分子尺寸非常接近,该技术需要大型蒸馏塔设备和低温、高压条件。因此,亟需开发新型节能的分离技术以满足工业上对聚合级乙烯的应用需求。基于多孔材料的吸附分离技术能够大大提高分离效率。

针对乙烯/乙烷分离这一难题,近日我院侯磊教授、王尧宇教授等人基于网状化学原理,通过采用一种氨基功能化的孔工程策略,设计了具有氨基基团修饰的乙烷选择性MOFTb-MOF-76(NH2))材料。氨基的引入有效地优化了Tb-MOF-76(NH2)的孔环境,与Tb-MOF-76相比,Tb-MOF-76(NH2)具有更窄的孔尺寸(7.2 × 7.2 Å2 vs 7.9 × 7.9 Å2)以及丰富的氨基吸附位点,表现出提高的乙烯、乙烷吸附容量以及乙烷/乙烯选择性(2.1 vs 1.7)。

乙烯/乙烷混合物穿透分离模拟和穿透分离测试均进一步证实Tb-MOF-76(NH2)能够从乙烷/乙烯混合气体中直接分离出高纯乙烯(纯度>99.9%),单次分离过程的乙烯产量达到17.66 L/kg,远高于Tb-MOF-767.53 L/kg),也优于目前报道的大多数MOFs材料。该材料还表现出优异的耐酸、耐碱等化学稳定性,具有良好的工业应用前景。

相关工作发表在《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)上,博士研究生王刚丁为文章第一作者,侯磊教授为通讯作者。国家自然科学基金委提供了经费支持。全文链接:https://doi.org/10.1002/anie.202213015