太原理工Science:在MOF中实现乙烷/ 乙烯分离的新思路

nanoCJ 6年前 (2018-10-26) 8099浏览

【引言】

乙烯是一种重要的石油化工产品，其年产量可达到亿吨级别，在所有石化产品中占据着重要的地位。乙烯的工业化制备通常利用乙烷高温裂解产生，因此最终的产物往往是乙烷和乙烯的混合物。为了提高产品纯度，传统的方法一般采用低温蒸馏工艺来分离乙烷/乙烯。然而这一工艺方法耗能巨大，大大提高了产品成本。因此，寻找一种成本相对低廉而效率更高的分离方法就成了目前工业上需要解决的问题。

【成果简介】

太原理工大学的李晋平、美国国家标准与技术研究院（NIST）的Wei Zhou以及德克萨斯大学圣安东尼奥分校的陈邦林（共同通讯作者）等人合作提出了利用微孔MOF材料优先吸附乙烷从而实现乙烷/乙烯混合物分离的思路。以往的吸附材料由于与乙烯具有更强的亲和力，所以会采用吸附乙烯将其从混合物中分离的方法。然而，乙烯/乙烷混合物中乙烯占比大，并且乙烯是目标产物，因此采用吸附乙烯的分离方法需要经过多次吸附-解吸附循环，依然是一个能耗巨大的过程。而该项工作制备了一种Fe₂(O₂)(dobdc)的微孔MOF，并发现这一材料中的铁-超氧位点与乙烷的相互作用更加强烈。进一步的实验也表明，在宽泛的压力范围内，这一含有铁-超氧位点的MOF不仅对乙烷吸附量巨大，而且展现出优异的乙烷/乙烯选择性吸附性能。中子粉末衍射以及理论计算也证明了铁-超氧位点对乙烷的识别作用，结合实验现象更说明这一报道的MOF材料及其代表的选择性吸附思路为发展新型气体分离工艺提供了基础。2018年10月26日，相关成果以题为“Ethane/ethylene separation in a metal-organic framework with iron-peroxo sites”的文章在线发表在Science上。

【图文导读】

图1 中子粉末衍射确定MOF结构