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本網訊（化學化工學院）近日，我校化學化工學院王珺教授課題組在低碳烴吸附分離領域再次取得新進展，其團隊設計制備了具有致密負電性孔環境的新型硫酸根鹽柱撐超微孔吸附劑材料，并成功應用于C2H2/CO2的高效選擇性分離。本工作是南昌大學化工學科在分離工程領域近年來快速提升的標志性成果之一。

高純度乙炔（> 99%）是生產乙烯類和丙烯酸酯類聚合物等化工產品的重要原料。在工業上，乙炔（C2H2）通常是采用甲烷部分燃燒或碳氫化合物熱裂解而產生的，其中二氧化碳（CO2）不可避免地共存，嚴重影響了后續的利用效率。目前從C2H2/CO2混合氣體中分離C2H2主要依賴于低溫蒸餾，由于它們極為相似的沸點（C2H2, 189.3 K; CO2, 194.7 K)，因此往往需要消耗極大的能量。相比之下，采用多孔吸附劑的吸附技術是用于二者分離的一種有前途的替代方案。然而由于二者具有相似的動力學直徑和分子極化率，設計制備同時具有高C2H2吸附容量和C2H2/CO2選擇性的MOF吸附劑一直是目前研究中的一個巨大挑戰。

王珺教授課題組利用孔道工程調控和電性匹配策略，使用具有較高電負性乙烯鍵的1,1,2,2－四（吡啶-4-基)乙烯 (TEPE) 和孔徑尺寸控制設計制備了具有高負電性孔環境的新型硫酸根鹽柱撐超微孔MOFs材料SOFOUR-TEPE-Zn（圖1）。配體取代后，SOFOUR-TEPE-Zn中的C="C部分由于其較高的電負性，在X軸上比SOFOUR-1-Zn中的苯環吸引更多的電子(圖1d和1e)。同時，沿著Z軸，與苯環上暴露的帶正電的H原子形成對比(圖1g)，乙烯鍵上暴露在孔表面的是帶負電的C原子(圖1i)。因此，被有機配體夾在中間的層間區域也顯示出了電負性的孔表面。結合較小的孔尺寸，成功地在SOFOUR-TEPE-Zn中構建了一個更密集的電負性孔環境。

圖1.SOFOUR-1-Zn與SOFOUR-TEPE-Zn的結構及孔徑尺寸和孔道環境示意圖

與SOFOUR-1-Zn相比，SOFOUR-TEPE-Zn在低壓區域表現出更高的C2H2吸附，其吸附總量也更高 (圖2)。但對二氧化碳的吸附容量卻遠低于SOFOUR-1-Zn。IAST計算表明SOFOUR-TEPE-Zn在298 K時表現出創紀錄的分離選擇性，為目前報道的最高值 (16833)。動態突破實驗進一步證實了其應用的可行性和在不同流量下的良好循環性能。同時，對C2H2適中的吸附熱有利于吸附劑的高效解吸再生。在解吸循環中，通過分級吹掃和溫和加熱，可回收純度99.5 %的C2H2 (60.1cm3 g-1)或純度99.99 %的C2H2 (33.2 cm3 g-1)。模擬變壓吸附過程表明，逆流吹掃過程可生產純度高達99.5+ %的 C2H2 (75.5 cm3 g-1)，氣體回收率為99.82 %。晶體建模模擬研究揭示了C2H2在晶體孔道中的四個有利吸附位置和致密堆積。

圖2 SOFOUR-TEPE-Zn的氣體吸附行為及選擇性、吸附熱對比

研究成果以“Engineering Pore Environments of Sulfate-pillared Metal-Organic Framework for Efficient C2H2/CO2 Separation with Record Selectivity”為題發表在國際著名期刊Advanced Materials (IF: 32.086) 上，南昌大學王珺教授為唯一通訊作者，2021級碩士研究生劉星為文章第一作者，南昌大學為唯一通訊單位。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202210415

編    輯：曾  慧

責任編輯：涂金鳳