我國學者在炔烴/烯烴分離方面取得進展
【化工儀器網 科技前沿】 在國家自然科學基金項目(批準號：21722303、21421001、21688102)等資助下，南開大學李蘭冬團隊聯合曼徹斯特大學楊四海團隊、中科院大連化學物理研究所江凌團隊以及英國盧瑟福·阿普爾頓實驗室和美國橡樹嶺國家實驗室的合作者，設計并構筑分子篩限域配位不飽和中心，實現了化學選擇性炔烴/烯烴吸附分離。研究成果以“分子篩孔道內調控實現化學選擇性炔烴/烯烴分離(Control of zeolite pore interior for chemoselective alkyne/olefin separations)”為題，于2020年5月29日在《科學》(Science)上在線發表。
低碳烯烴是化學工業重要的基本原料，每年產能接近4億噸。在其生產過程中產生的少量炔烴雜質，會對其聚合與后續加工產生極大影響。當前工業上采用復雜且高耗能的選擇加氫除炔工藝。雖然以金屬有機框架材料為代表的多孔吸附材料可選擇性吸附炔烴，從而實現炔烴/烯烴分離，但仍存在高的吸附容量與分離選擇性難以兼具等問題，從而制約其工業應用。
針對上述問題，研究人員設計并構筑了八面沸石(FAU)限域配位不飽和中心(Ni、Cu、Zn)，因其與炔烴分子的可逆化學成鍵可實現炔烴/烯烴化學選擇性吸附分離，提出了具有普適性的基于化學鍵吸附分離的新策略，從根本上解決了吸附容量與分離選擇性難以兼顧的問題。研究發現，八面沸石限域配位Ni不飽和中心(Ni@FAU)在乙炔/乙烯、丙炔/丙烯、丁炔/丁二烯等分離過程中均表現出高的炔烴動態吸附容量(1.58~1.80mmol/g)和炔烴/烯烴分離選擇性(83~100)，且具有優異的循環穩定性，可滿足工業吸附分離的基本要求。研究人員進一步通過原位中子衍射、非彈性中子散射、紅外光解離等先進譜學技術解析了炔烴/烯烴分子與Ni@FAU的相互作用機制，揭示了FAU分子篩限域的配位不飽和Ni(II)中心與炔烴分子化學選擇性成鍵以及亞穩態Ni(II)(C2H2)3與Ni(II)(C3H4)3物種的生成過程(如圖)。
該研究成果可為吸附催化材料的設計開發提供新的思路，有望推動分子篩材料在相關工業吸附分離過程中的應用。
圖Ni@FAU分子篩上乙炔吸附構型
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