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单分子丙炔捕集阱:利用阴离子柱撑超微孔材料从丙烯中高效脱除丙炔
更新日期:2018-02-13  

  结构相似的复杂混合物中痕量组分的深度脱除一直是化工分离领域的技术挑战之一,要求分离材料不仅可以高效辨识相似分子结构之间的微小差异,同时满足分离材料在极低浓度下对目标分子具有较高的吸附容量。传统多孔吸附剂难以达到这一苛刻的要求,限制了节能高效吸附分离工艺的开发。丙烯是全球第二重要的烯烃原料(年产量超过85百万吨),裂解后经初步分离得到的丙烯气体中含有1000-2000 ppm的丙炔,人们需将丙炔浓度脱除至1-5 ppm才能满足下游丙烯聚合的苛刻要求。 

  “量体裁衣”是设计多孔吸附剂的有效手段。近日,浙江大学邢华斌教授课题组与国外学者合作,报道了“丙炔单分子笼吸附”策略。他们根据丙炔分子的形状特征,设计了相适应的阴离子柱撑超微孔材料,增强了对丙炔分子的“专一性”以及“亲和力”,从而实现丙烯混合气中痕量丙炔的高效脱除。相关研究成果“A Single-Molecule Propyne Trap: Highly Efficient Removal of Propyne from Propylene with Anion-Pillared Ultramicroporous Materials118日在线发表在Advanced Materials 上(DOI: 10.1002/adma.201705374)。 

  图中从左到右依次为丙炔以及孔道结构示意图、PXRD解析丙炔气体吸附结构图以及吸附等温线图

  阴离子柱撑超微孔材料具有立方网格结构,阴离子呈层状阵列。研究中针对丙炔分子的三维尺寸(4.16×4.01×6.51 Å3)在极高精度下(0.1-0.2 Å)微调孔道的长宽高,构建了丙炔气体的单分子笼,丙炔分子可以完美镶嵌在孔道中,且与层状排列的阴离子表现出很强的“亲和力”。孔道结构的“量身定做”使该材料表现出丙炔分子专一的捕集能力。在25 ℃、700 ppm时,丙炔的吸附量高达80 mg/g,极低浓度3000 ppm下即达到饱和吸附容量106 mg/g,相应的丙烯吸附量低于3 mg/g,丙炔/丙烯分离选择性超过250。作者表示,固定床吸附实验证实丙炔单分子笼吸附可以实现痕量丙炔(1000 ppm)的深度脱除,获得的丙烯中丙炔浓度低于2 ppm,且吸附容量是文献报道的最佳材料的9倍以上。 

        (摘自X-MOL