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《创新突破:金属有机框架助力丙烯纯化》

2024-10-18
来源: 迷上科学

 在当今的化工领域,丙烯作为全球产量最高的化工产品之一,其重要性不言而喻。高纯度的丙烯在制造聚丙烯等聚合物产品中起着至关重要的作用,然而,工业上获取高纯度丙烯却面临着诸多挑战。image.png

  目前,通过蒸汽裂解法得到的粗丙烯常含有丙炔、丙二烯和丙烷等杂质,这些杂质严重影响了丙烯的纯度,进而影响后续的聚合反应。传统的贵金属催化加氢和低温蒸馏方式分离纯化 C3H6,不仅能耗高、成本昂贵,而且操作复杂。因此,开发节能、低成本且高效的分离技术迫在眉睫。

  在此背景下,暨南大学化学与材料学院陆伟刚 / 李丹教授团队带来了一项令人瞩目的创新成果。他们通过在孔道表面调控极性与非极性位点的空间分布,提出了一种应对多组分轻烃分离的新策略。团队报道的具有高稳定性的 Cu4I4 - 三氮唑金属有机框架材料 JNU - 9 - CH3,为丙烯的纯化带来了新的希望。

  JNU - 9 - CH3 的孔道中暴露的碘原子和氮原子能够与 C3 轻烃分子发生协同作用。这种独特的作用机制使得该材料能够从四元 C3 混合物中一步分离得到高纯度的 C3H6(≥99.99%)。这一突破首次提出了基于主客体协同识别的新方法,展示了其在复杂烃类分离中的巨大应用潜力。

  为了深入研究这种材料的性能,团队合成了两种 Cu4I4 簇节点的 MOF 材料,即 JNU - 9 - CH3 和 JNU - 9 - CH2CH3。单组分吸附曲线表明,JNU - 9 - CH3 对丙炔、丙二烯和丙烷的吸附能力显著高于丙烯,这使得它更适合从四组分 C3 混合物中一步提纯丙烯。而由于乙基取代基的空间占据,JNU - 9 - CH2CH3 对 C3 轻烃的吸附性能有所不同,后两者的吸附能力没有明显差异,在分离四组分 C3 混合物方面效果欠佳。

  在四组分 C3 混合物的穿透实验中,JNU - 9 - CH3 表现出了卓越的分离性能。它能够从等摩尔四组分 C3 混合物中分离出高纯度的丙烯,即使在不同流速和不同组分比例下,仍能高效分离丙烯,显示出其在实际工业应用中的巨大潜力。特别是在高湿度条件下,该材料的分离性能并未受到明显影响,进一步证明了其稳定性和可靠性。

  这项研究成果的发表,得益于国家自然科学基金、广东省重大基础与应用基础计划、广东省基础与应用基础研究基金、中国博士后科学基金和暨南大学等的大力资助。它不仅为丙烯的纯化提供了一种创新的解决方案,也为金属有机框架材料在化工领域的应用开辟了新的道路。

  在未来,我们有理由相信,随着科技的不断进步和研究的深入,类似的创新技术将不断涌现,为化工行业的可持续发展提供有力支持。同时,这也激励着更多的科研团队勇于探索、创新,为解决实际问题贡献智慧和力量。

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