太原理工Science:在MOF中實現乙烷/ 乙烯分離的新思路

nanoCJ 5年前 (2018-10-26) 7608瀏覽

【引言】

乙烯是一種重要的石油化工產品，其年產量可達到億噸級別，在所有石化產品中占據著重要的地位。乙烯的工業化制備通常利用乙烷高溫裂解產生，因此最終的產物往往是乙烷和乙烯的混合物。為了提高產品純度，傳統的方法一般采用低溫蒸餾工藝來分離乙烷/乙烯。然而這一工藝方法耗能巨大，大大提高了產品成本。因此，尋找一種成本相對低廉而效率更高的分離方法就成了目前工業上需要解決的問題。

【成果簡介】

太原理工大學的李晉平、美國國家標準與技術研究院（NIST）的Wei Zhou以及德克薩斯大學圣安東尼奧分校的陳邦林（共同通訊作者）等人合作提出了利用微孔MOF材料優先吸附乙烷從而實現乙烷/乙烯混合物分離的思路。以往的吸附材料由于與乙烯具有更強的親和力，所以會采用吸附乙烯將其從混合物中分離的方法。然而，乙烯/乙烷混合物中乙烯占比大，并且乙烯是目標產物，因此采用吸附乙烯的分離方法需要經過多次吸附-解吸附循環，依然是一個能耗巨大的過程。而該項工作制備了一種Fe₂(O₂)(dobdc)的微孔MOF，并發現這一材料中的鐵-超氧位點與乙烷的相互作用更加強烈。進一步的實驗也表明，在寬泛的壓力范圍內，這一含有鐵-超氧位點的MOF不僅對乙烷吸附量巨大，而且展現出優異的乙烷/乙烯選擇性吸附性能。中子粉末衍射以及理論計算也證明了鐵-超氧位點對乙烷的識別作用，結合實驗現象更說明這一報道的MOF材料及其代表的選擇性吸附思路為發展新型氣體分離工藝提供了基礎。2018年10月26日，相關成果以題為“Ethane/ethylene separation in a metal-organic framework with iron-peroxo sites”的文章在線發表在Science上。

【圖文導讀】

圖1 中子粉末衍射確定MOF結構