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从复杂结构相似混合物中选择性地分离具有中间性质(尺寸/极性)的目标产物可以大大简化工艺流程并降低分离能耗,但构建具有这种特定识别功能的吸附剂极具挑战。例如,间二甲苯(MX)作为重要的石油化工原料,能够参与合成多种高附加值化工产品,需要将其从对二甲苯(PX)和邻二甲苯(OX)混合物中分离纯化得以利用。然而,由于MX的动力学尺寸(7.1 Å)与极性均处在PX(6.7 Å)和OX(7.3 Å)的之间,基于传统的分子筛分以及热力学相互作用差异往往无法选择性识别处在中间性质的MX分子,难以实现MX 的优先吸附,需要发展新的分离策略和高效材料实现MX的选择性分离。
图1.基于分子长度识别的分子陷阱构筑策略示意图 针对上述问题,近日浙江大学崔希利研究员提出了基于分子长度识别的目标分子陷阱构筑策略。该策略将特定作用位点以适中的间距分布在孔道两侧,并利用该间距精确匹配目标分子的长度以实现对目标分子的高选择性吸附。当分子长度显著小于孔道内部作用位点间距,其与孔道的相互作用强度将被削弱(图1A);而分子长度大于所述间距,受空间位阻的影响而难以与作用位点相匹配,相互作用同样受到削弱(图1B)。分子尺寸处于中间的目标分子能够与所述间距精确匹配,从而有效提升相互作用强度,由此提升对目标分子的吸附选择性(图1C)。 基于此,本研究设计构筑了具有丰富氧作用位点的MIL-160作为MX优先吸附的吸附剂。其孔道内处于相对位置的O作用位点间距为9.05 Å(图1E),能够精确匹配MX(9.0 Å)的分子长度,由此实现二甲苯分子中MX的优先选择性吸附。MIL-160实现了创纪录的吸附容量和分离选择性,同时该材料兼具高稳定性、绿色合成和出色的再生性能,具有较大的实际应用潜力。 图2. MIL-160的二甲苯吸附分离性能 本研究设计了一种基于分子长度识别机制的吸附剂,实现了对具有中间尺寸MX的高效分离。该工作对于设计新型多孔材料用于具有中间性质的目标产品的其他挑战性分离任务提供了指导。 论文信息 Highly Efficient Separation of Intermediate-Size m-Xylene from Xylenes via a Length-Matched Metal–Organic Framework with Optimal Oxygen Sites Distribution Qingju Wang, Yijian Li, Zhensong Qiu, Dengzhuo Zhou, Lifeng Yang, Xian Suo, Prof. Xili Cui, Prof. Huabin Xing Angewandte Chemie International Edition
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