作者:孙丹宁 来源:中国科学报 发布时间:2023/10/31 22:25:34
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取向MOF膜可用于多组分正异构烷烃分离

 

金属—有机骨架(MOF)主要是由金属“模块”和有机分子“模块”组成,具有孔径大小和形状均可调节、容易进行修饰的优点,被认为是理想的制膜材料,在催化、分离纯化、能源等领域都具有广阔的应用前景。近日,中国科学院大连化学物理研究所研究员杨维慎、研究员班宇杰团队实现了取向金属—有机框架(MOF)膜用于直链/支链正异构烷烃分离,该过程与精馏相比,可节省91%的分离能耗。相关成果发表在《自然—通讯》上。

C5-C7的直链/支链正异构烷烃是重要的石油化学品。其中,直链烷烃可裂解制乙烯,支链烷烃可调和汽油,将二者分离是实现下游产物优化利用的前提。但是,烷烃分子化学性质与极性相似,分离难度大。解决这一难题的关键在于如何基于正异构烷烃分子尺寸差异,构建适配型筛分孔阵列。

而金属—有机框架丰富的孔道结构,为正异构烷烃分子筛分提供了机遇。但由于MOF孔结构多为各向异性,若将MOF制备成膜,则需控制其取向,以确保特定尺寸筛分孔的面外有序排列。HKUST-1是一种典型的金属—有机框架材料,其中,贯穿{111}晶面的三角孔尺寸约为0.46 nm,恰好位于正异构烷烃的动力学直径之间,是理想的筛分孔。因此,制备{111}取向HKUST-1膜有望实现正异构烷烃分离。

本工作中,团队采用溶液中静态播种预晶核与移除溶液热转变过程耦合,在终止竞争性体相成核与生长的同时,将反应完全限制在载体界面处,并凭借界面显著的梯度型养分变化,对目标晶面的生长速率进行调控,获得由八面体构筑块紧密砌合的{111}取向HKUST-1膜。该膜可实现多种C5-C7直链/支链正异构烷烃高效筛分,分离能耗相比精馏可降低91%。

相关论文消息:https://doi.org/10.1038/s41467-023-42397-x

 
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