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南開學者在氣體吸附分離領域研究取得突破性進
2020-05-30 14:55 來源: 未知
南開大學材料科學與工程學院和英國曼徹斯特大學、中科院大連化學物理研究所以及英國盧瑟福·阿普爾頓實驗室、美國橡樹嶺國家實驗室等科研機構合作,在氣體吸附分離領域取得重要研究進展,相關成果“分子篩孔道內調控實現化學選擇性炔烴/烯烴分離”于5月29日發表于《科學》(Science)雜志。南開大學為第一完成單位,南開大學李蘭冬研究員、曼徹斯特大學楊四海博士為共同通訊作者。
以乙烯、丙烯為代表的低碳烯烴是化學工業的最基本原料,全球產能接近4億噸/年,主要用于生產合成纖維、橡膠、塑料等重要化學品。低碳烯烴生產過程會引入少量炔烴雜質,對其聚合與后續加工產生極大影響。對低碳烯烴的提純是現今世界上規模最大、最重要的化學分離工藝。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,有望替代當前昂貴繁瑣的選擇加氫除炔工藝。然而,基于炔烴/烯烴氣體分子與多孔吸附材料間復雜相互作用的吸附分離過程很難兼具高的吸附容量與分離選擇性,成為本領域研究的挑戰。而多孔吸附材料自身的循環穩定性與成本將進一步制約其工業應用。
 
針對上述問題,研究人員從廉價易得的材料入手,設計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,并提出基于化學鍵的吸附分離新策略。這一策略可從根本上解決吸附容量與分離選擇性難以兼顧的問題,并具有方法學上的普適性。此項研究提出了基于化學鍵的炔烴/烯烴分離新策略,有望推動分子篩材料在相關工業吸附分離過程中的應用;通過先進譜學技術從分子、團簇、表界面多層次揭示小分子在限域空間內的特異性化學行為,可為吸附催化材料的設計開發提供新的思路。
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