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取向MOF膜可用于多組分正異構(gòu)烷烴分離
作者：孫丹寧 來源：中國科學報
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金屬—有機骨架（MOF）主要是由金屬“模塊”和有機分子“模塊”組成，具有孔徑大小和形狀均可調(diào)節(jié)、容易進行修飾的優(yōu)點，被認為是理想的制膜材料，在催化、分離純化、能源等領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員楊維慎、研究員班宇杰團隊實現(xiàn)了取向金屬—有機框架（MOF）膜用于直鏈/支鏈正異構(gòu)烷烴分離，該過程與精餾相比，可節(jié)省91%的分離能耗。相關(guān)成果發(fā)表在《自然—通訊》上。
C5-C7的直鏈/支鏈正異構(gòu)烷烴是重要的石油化學品。其中，直鏈烷烴可裂解制乙烯，支鏈烷烴可調(diào)和汽油，將二者分離是實現(xiàn)下游產(chǎn)物優(yōu)化利用的前提。但是，烷烴分子化學性質(zhì)與極性相似，分離難度大。解決這一難題的關(guān)鍵在于如何基于正異構(gòu)烷烴分子尺寸差異，構(gòu)建適配型篩分孔陣列。
而金屬—有機框架豐富的孔道結(jié)構(gòu)，為正異構(gòu)烷烴分子篩分提供了機遇。但由于MOF孔結(jié)構(gòu)多為各向異性，若將MOF制備成膜，則需控制其取向，以確保特定尺寸篩分孔的面外有序排列。HKUST-1是一種典型的金屬—有機框架材料，其中，貫穿{111}晶面的三角孔尺寸約為0.46 nm，恰好位于正異構(gòu)烷烴的動力學直徑之間，是理想的篩分孔。因此，制備{111}取向HKUST-1膜有望實現(xiàn)正異構(gòu)烷烴分離。
本工作中，團隊采用溶液中靜態(tài)播種預晶核與移除溶液熱轉(zhuǎn)變過程耦合，在終止競爭性體相成核與生長的同時，將反應(yīng)完全限制在載體界面處，并憑借界面顯著的梯度型養(yǎng)分變化，對目標晶面的生長速率進行調(diào)控，獲得由八面體構(gòu)筑塊緊密砌合的{111}取向HKUST-1膜。該膜可實現(xiàn)多種C5-C7直鏈/支鏈正異構(gòu)烷烴高效篩分，分離能耗相比精餾可降低91%。
相關(guān)論文消息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-42397-x
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