丙烯/丙烷分离是获取高纯度丙烯的关键步骤，但目前传统低温高压蒸馏技术耗能极高。吸附法作为更绿色环保的分离技术，核心在于寻找容量高、选择性好的高效吸附剂。吸附分离通常基于分子筛分分离机制，热力学平衡分离机制和动力学分离机制。相对于前两种分离机制，动力学分离机制较为少见，这种分离机理是借助不同气体扩散进入吸附剂孔道的速率差异实现优先吸附。
图1. Zn(ox)0.5(trz)的晶体结构和材料的瓶颈-空腔孔道
罗格斯大学的李静教授和华南理工大学的李忠教授课题组利用一组具有特殊的瓶颈-空腔（neck-chamber）孔道的同构超微孔MOFs材料，Zn(ox)0.5(trz) 和Zn(ox)0.5(atrz)，实现了在很宽温度范围对丙烯/丙烷的高效动力学分离。尽管该材料对丙烯/丙烷的平衡吸附量几乎相同，动力学实验表明这两种气体在MOFs材料上的扩散速率相差极大，其中Zn(ox)0.5(trz)在303 K-363 K温度范围的扩散选择性为150-1565，远高于目前报导性能最好的MOFs材料ZIF-8（选择性为125）。通过对吸附剂孔道分析，这两种材料瓶颈处的距离分别仅为2.9 Å和2.6 Å，使丙烯能快速进入孔道而对丙烷形成有效的阻碍。
该工作还研究了位阻和温度对动力学吸附的影响。在配体上增加氨基后，Zn(ox)0.5(atrz)的吸附量和选择性相对Zn(ox)0.5(trz)大幅下降，表明增加材料的位阻不一定促进动力学分离性能。同时，扩散选择性受温度影响，因此选择合适的分离温度也至关重要。
图2. Zn(ox)0.5(trz)对丙烯/丙烷随
变化的吸附量（左）以及扩散选择性随温度的变化（右）
该工作表明具有合适孔道结构的MOFs材料有望成为基于动力学分离丙烯/丙烷的优良吸附剂。
这一成果近期发表在Chemical Communications 上。
该论文作者为：Junjie Peng, Hao Wang, David H. Olson, Zhong Li and Jing Li
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Efficient kinetic separation of propene and propane using two microporous metal organic frameworks
Chem. Commun., 2017, 53, 9332-9335, DOI: 10.1039/C7CC03529B
导师介绍
李静
http://www.x-mol.com/university/faculty/39480
李忠
http://www.x-mol.com/university/faculty/16852
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