Science：MOF分子筛ZU-609筛分丙烯丙烷
更新日期：2024-03-08丙烯（C3H6）是世界上产量最大的化工品之一，也是重要的基础化工原料。丙烷（C3H8）是丙烯生产过程中副产品，丙烯/丙烷分离通常采用蒸馏法，需要消耗大量能源。
日前，浙江大学教授邢华斌、研究员杨立峰研究团队研发出一种新型阴离子功能化多孔材料ZU-609，通过调控孔口大小和孔腔尺寸，实现了丙烯丙烷的精准筛分与高丙烯扩散速率。这对于丙烯的低碳分离具有积极影响。相关成果以“A molecular sieve with ultrafast adsorption kinetics for propylene separation”为题发表在《科学》杂志上（Science, 2023, 383, 6679, 179-183, DOI: 10.1126/science.abn8418）。
分子筛材料ZU-609的局部筛分孔道结构图及丙烯扩散系数和丙烯丙烷分离能耗(来自于变压吸附模拟计算)（来源：浙江大学）
分子筛允许尺寸比吸附剂孔径小的分子进入孔道，尺寸大的分子被排阻，具有高分离选择性。然而，分子在微孔孔道中的扩散系数与体相相比呈现出数量级的下降。微孔限域环境中分子的扩散传质强化是亟待解决的难题。
上述研究团队针对丙烯丙烷低碳分离，构筑了具有局部筛分孔道结构的分子筛材料ZU-609。局部筛分孔道具有合适的孔窗口（4.2×5.1 Å2），实现了分子动力学直径差异仅为0.4 Å丙烯丙烷分子的精准筛分。沿孔道螺旋延伸的配体网络和磺酸阴离子形成了快扩散的大孔道（7.5×8.1×11.1 Å3），丙烯扩散系数达到1.00×10-9 cm2 s-1，相比于传统材料提高了1－2个数量级。实现了扩散传质强化，ZU-609在高气速下依然保持高分离性能，且易脱附再生。一次吸附后丙烯纯度达99.97%，变压吸附丙烯能耗相较传统材料降低2倍。
（摘自国家自然科学基金委）