超微孔MOF用于乙烯/乙烷分离

烯烃/链烷烃这两种分子具有类似物理性质，一般很难分离。目前工业上一般采用能量强化低温蒸馏法，但这种方法耗能不眨眼，比基于膜的分离技术或其他非热能分离技术消耗10倍以上的能量。为此，研究者们致力于开发非热能分离技术，比如吸附分离。据估计，与传统的分离器相比，这些先进的非热分离技术可节省每公吨乙烯0.3-1.5GJ的工艺能量。。

在这里，德克萨斯大学圣安东尼奥分校Banglin Chen和美国国家标准与技术研究所Wei Zhou等人报告了一种用于乙烯/乙烷分离的吸附剂：超微孔金属有机骨架[Ca(C₄O₄)(H₂O)]（称为UTSA-280），由硝酸钙和方酸组成，具有刚性的一维通道。这些孔具有与乙烯分子相似的尺寸，但由于孔的尺寸，形状和刚性，起到分子筛的作用，可阻止乙烷通过微孔。高堆积强度、高选择性的乙烯分子的乙烯产率为1.86mol kg-1。这种材料可以使用环保的方法以千克规模很容易地合成，并且对水不敏感，这对于其潜在的工业应用非常重要。这种金属-有机骨架的策略也可以扩展到用于化学分离过程的其他多孔材料。

作者推测UTSA-280之所以能对乙烯实现分离是得益于C2H4和UTSA-280之间的主-客体相互作用，主要涉及C-H··π和C-H··O的相互作用，这一机理通常在蛋白质折叠和分子识别中起重要作用。随后，作者又进行了第一性原理色散校正密度泛函理论（DFT）计算，进一步证实了UTSA-280对C2H4的吸附特性。

Fig. 1 | Structure and gas sorption properties of UTSA-280.

Fig. 2 | Single-crystal structure of UTSA-280∙0.20C2H4 and preferential C2H4 binding.

Fig. 3 | Column breakthrough results and scalable synthesis of UTSA-280.

Fig. 4 | Separation performance of UTSA-280 for a gas mixture containing C2H4.

参考文献：

Rui-Biao Lin, Libo Li, Hao-Long Zhou, Hui Wu, Chaohui He, Shun Li, Rajamani Krishna, Jinping Li, Wei Zhou, Banglin Chen, Molecular sieving of ethylene from ethane using a rigid metal–organic framework, Nature Materials, 2018, DOI: org/10.1038/s41563-018-0206-2