Angew. Chem. :配体缺陷修复提升MOF烷烃异构体分离性能

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烷烃同分异构体的分离是石油化工领域优化乙烯原料、生产高辛烷值汽油调和油的重要过程。一方面,烷烃同分异构体作为重要的汽油调和组分,显著影响汽油的辛烷值,而烷烃的辛烷值随着支链数的增加而增加。为了得到优质的汽油调和组分,需要将辛烷值较低的直链和单支链烷烃去除,留下辛烷值较高的双支链异构体。另一方面,被分离出来的直链和单支链烷烃是优质的乙烯原料而双支链烷烃作为乙烯原料会导致较低的乙烯收率。然而,由于烷烃异构体间的物理化学性质差异很小,其高效分离仍是一个较大的挑战。


金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks MOFs)材料由于结构多样、孔道和表面功能性高度可调,在分离方面有较大潜力。深圳职业技术学院霍夫曼先进材料研究院王浩团队联合中科院大连化物所郭鹏研究员和美国罗格斯大学李静教授制备了一种基于芘-1,3,6,8-四甲酸和12-连接六核Zr6簇的ftw型MOF材料(HIAM-410)。该材料具有可比拟UiO-66的稳定性。



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有意思的是,HIAM-410结构中存在有机配体缺陷位点,大约18%的有机配体在新合成的材料中是缺失的,因此其展现出的实际有效孔径明显大于从晶体结构测得的孔径,且可吸附具有不同支链的己烷异构体,包括正己烷(nHEX)、3-甲基戊烷(3MP)、2,2-二甲基丁烷(22DMB),并且无明显的扩散限制。鉴于此,研究人员通过溶剂热配体插入策略,显著降低了材料中的有机配体缺陷比例。配体修复后的材料(HIAM-410LI)的有效孔径明显减小,对己烷异构体展现出动力学分离。多组分穿透实验显示,HIAM-410LI在30℃和150℃时均能较好地分离不同支链的己烷异构体混合物。

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实现烷烃同分异构体的高效分离仍然是石油化工领域的一大挑战。在这项工作中,研究者开发了一例高稳定锆基MOF材料,并且展示了通过有机配体缺陷修复调节材料有效孔径,同时显著提高材料的吸附分离性能。该工作为MOFs的孔径调控及吸附分离性能优化提供了可借鉴思路。

文信息

Linker Vacancy Engineering of a Robust ftw-type Zr-MOF for Hexane Isomers Separation

Fu-An Guo, Dr. Jing Wang, Dr. Cailing Chen, Dr. Xinglong Dong, Xingyu Li, Prof. Hao Wang, Prof. Peng Guo, Prof. Yu Han, Prof. Jing Li


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202303527




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