南開大學最新Science：控制沸石孔內部達到化學選擇性炔烴/烯烴的分離

木文韜 3年前 (2020-05-29) 4955瀏覽

【引言】

每年有超過3.5億噸的低烯烴（乙烯、丙烯和1,3-丁二烯）是通過蒸汽裂解碳氫化合物生產出來的。為了獲得聚合物級烯烴，必須將流中的炔類（乙炔、丙炔和丁炔）的副產物降低到百萬分之五（ppm），因為這些炔類不可逆地毒害聚合催化劑。目前最先進的烯烴純化技術是基于在負載的Pd催化劑上對烯烴進行部分氫化；然而，這種方法的選擇性差，成本高。新興的多孔吸附劑，特別是金屬-有機框架（MOFs），顯示出對烯烴的優先吸附性，提示了乙烯和丙烯的替代吸附純化工藝。然而，由于其固有的穩定性和較高的生產成本，這種方法還沒有商業化。此外，MOFs中驅動分離的主要物理吸附機制導致了吸附選擇性和容量之間的權衡。沸石具有結構堅固性和低成本生產的優點，并且由于其分子篩特性而被廣泛用于工業分離，但由于其分子大小和揮發性相似，因此對炔烴/烯烴分離無效。沸石可以用作有用的框架，以穩定活性金屬位點，從而揭示出以前未知的功能和特性。

【成果簡介】

今日，在南開大學李蘭冬研究員和英國曼徹斯特大學楊四海高級講師團隊等人帶領下，與中國科學院大連化學物理研究所和美國橡樹嶺國家實驗室，報告了一種通過在八面沸石（FAU）的六元環中封存孤立的開放性鎳（II）位點來控制沸石內部孔隙的策略。在環境條件下，Ni@FAU表現出了顯著的烯烴吸附效果，對乙炔/乙烯、丙炔/丙烯和丁炔/1,3-丁二烯混合物的高效分離，動態分離選擇性分別為100、92和83，達到了前所未有的動態分離效果。原位中子衍射和非彈性中子散射顯示，封閉的鎳（II）位點通過形成可轉移的[Ni(II)(C₂H₂)₃]絡合物與乙炔的化學選擇性和可逆結合。對易擴展沸石孔隙內層化學性質的控制，釋放了其在具有挑戰性的工業分離中的潛力。相關成果以題為“Control of zeolite pore interior for chemoselective alkyne/olefin separations”發表在了Science。