【原】浙江大学邢华斌&杨立峰等人Angew.：MOFs用于高效乙烯净化！

 1

研究内容

吸附分离是一种节能的替代方法，但其发展受到工业潜在吸附剂开发挑战的阻碍。为了实现高吸附剂选择参数和容易的再生，控制吸附曲线的形状非常重要。超微孔材料的典型I型吸附曲线在低压区陡峭，这不利于获得高的工作容量和再生吸附剂。

相对于线性形状的吸附曲线，“S”形吸附曲线更有利，因为它可以提供高的工作容量，并通过简单的压力摆动实现快速的吸附-解吸循环。除了良好的分离性能外，长期运行要求吸附剂在频繁循环期间保持稳定的分离性能，对杂质（如H2O、H2、CH4、CO2、N2等）具有较高的抵抗力。同时，工业可用的吸附剂应具有规模和合理的成本，这是一个长期存在的问题，有待解决。

 

浙江大学邢华斌教授、杨立峰博士和中国石油天然气集团公司Shengbao He设计了一种新型超微孔金属有机框架ZU-901，其满足乙烯/乙烷（C2H4/C2H6）变压吸附（PSA）提出的基本标准。ZU-901表现出具有高吸附剂选择参数（65）的“S”形C2H4曲线，并且可以轻度再生。结果证明了配体工程在细微控制孔径和孔化学方面的有效策略，并突出了吸附-解吸曲线形状对提高吸附分离性能的关键作用。相关工作以“A Robust Metal-Organic Framework with Scalable Synthesis and Optimal Adsorption and Desorption for Energy-Efficient Ethylene Purification”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。

 2

研究要点

要点1. 作者通过绿色水相合成了一种新型柔性超微孔MOF，称为ZU-901。该方法易于扩展，且产率为99%，并且在水、酸、碱性溶液和循环突破实验中稳定。其设计具有显著的C2H4/C2H6分离性能，并满足工业上潜在的烯烃/石蜡吸附剂提出的关键标准。

要点2. 通过控制骨架的孔径和动态性质，设计的ZU-901显示出“S”形C2H4吸附曲线，其具有高吸附剂选择参数（65）和极低C2H4吸收焓（24.85 kJ mol-1），通过简单的压力摆动或惰性气体吹扫实现快速温和的再生。

要点3. ZU-901通过模拟双床PSA工艺可以获得99.51%的聚合物级C2H4，相应的能耗仅为模拟低温蒸馏的1/10。基于10.2kg h-1的处理能力，相关能量仅为模拟传统蒸馏的1/10。

结果证明了配体工程在细微控制孔径和孔化学方面的有效策略，突出了吸附-解吸曲线形状对提高吸附分离性能的关键作用。同时，ZU-901的规模化易于实现，原子经济性高，成本低，为其潜在的应用奠定了坚实的基础。该工作证明了孔隙工程在设计具有所需吸附和解吸行为的多孔材料以实现高效PSA工艺方面的巨大潜力。

 3

研究图文

图1. ZU-901、CPL-1和CPL-1-NH2的结构表征。

图2.ZU-901的气体吸附性能。

图3. ZU-901的突破性能和模拟双床PSA。

图4. ZU-901的第一原理色散校正密度泛函理论计算。

 4

文献详情

A Robust Metal-Organic Framework with Scalable Synthesis and Optimal Adsorption and Desorption for Energy-Efficient Ethylene Purification

Cong Yu, Zhengdong Guo, Lifeng Yang,* Jiyu Cui, Sen Chen, Yawen Bo, Xian Suo, Qihan Gong, Shang Zhang, Xili Cui, Shengbao He,* Huabin Xing*

 Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202218027