乙炔（C2H2）是一种非常重要的有机化工基础原料，但在乙炔生产过程中，通常会产生少量的二氧化碳（CO2）等杂质，因此在应用之前需要对乙炔进行纯化。由于乙炔和二氧化碳的沸点（乙炔沸点189.3 K，二氧化碳沸点194.7 K）、分子尺寸（乙炔分子尺寸为3.3 × 3.3 × 5.7?3，二氧化碳分子尺寸为3.2 × 3.3 × 5.4 ?3）非常相近，同时具有相同的动力学尺寸（3.3 ?），传统的吸附材料难以有效地对乙炔和二氧化碳的混合物进行分离。
近日，来自中国石油大学（华东）与齐鲁工业大学（山东省科学院）的杨灵志博士研究生、闫理停博士、导师赵学波教授等合作，根据乙炔和二氧化碳在孔道中排布方式和吸附位点的不同，以CPL-1为母体结构，发展了一种全新的吸附位点选择性占据方法实现了乙炔二氧化碳混合气的高效分离。
在CPL-1中，C2H2分子主要以侧向（side-on）平行的方式吸附在孔道中，而CO2分子主要以端尾相对（end-on）的方式吸附在孔道中。由于每个晶胞可容纳两个CO2分子但仅可容纳一个C2H2分子，CPL-1对C2H2/CO2的分离效率较低。实验发现，将氨基修饰在CPL-1的孔道中之后，CPL-1-NH2孔道中的氨基成功占据了CO2的吸附空间和吸附位点，使CPL-1-NH2中的每个晶胞最多吸附一个CO2分子。出人意料地是，修饰的氨基降低了骨架与CO2分子的吸附结合能。与此相反，CPL-1-NH2对乙炔展现了更强的结合能力，在极低压力下即可吸附大量乙炔气体。因此，CPL-1-NH2展现了极高的C2H2/CO2分离效率，采用理想吸附溶液理论(IAST)计算得到的C2H2/CO2选择性为119（298 K, 100 kPa），是 献中C2H2/CO2分离材料的佼佼者。
通过DFT理论模拟计算发现，氨基屏蔽了骨架中未配位羧基氧对二氧化碳的吸附作用，导致了骨架与二氧化碳结合能力的降低。同时，由于乙炔分子与二氧化碳分子存在吸附空间重叠，乙炔分子一旦吸附在孔道中，便极难被二氧化碳取代，从而进一步地提高了材料对C 2 H 2 /CO 2 的分离能力。最后，为了进一步评估CPL-1-NH 2 对C 2 H 2 /CO 2 混合气体的实际分离能力，在常温常压条件下进行了固定床突破实验，CO 2 迅速突破床层，几乎没有停留，而C 2 H 2 直到28分钟之后才突破床层，实现了二者的完全分离。在同样操作条件下，重复实施了八次C 2 H 2 /CO 2 动态突破实验，CPL-1-NH 2 材料表现出了非常良好的稳定性和优异的分离性能。
该工作 道的吸附位点选择性占据方法为实现混合气体的高效分离提供了一种新策略。
论 信息：
Adsorption Site Selective Occupation Strategy within a Metal‐Organic Framework for Highly Efficient Sieving Acetylene from Carbon Dioxide
Lingzhi Yang, Liting Yan, Ying Wang, Zhi Liu, Jiangxiu He, Qiuju Fu, Dandan Liu, Xin Gu, Pengcheng Dai, Liangjun Li, Xuebo Zhao*
Angewandte Chemie International Edition
声明：本站部分 章内容系出于传递信息之目的源自于第三方 站转载，行业企业、终端用户投稿。若对稿件内容有任何疑问或质疑，请立即与本 站联系，本 站将迅速给予回应并第一时间做出处理（联系邮箱：jinwei@zod.com.cn）。