太原理工大學在乙烷與乙烯分離研究上獲突破

近日“Science”雜志在線發(fā)表了太原理工大學作為第一單位的研究論文《具有鐵-過氧陰離子位點的金屬有機框架物用于乙烷/乙烯分離》。該研究成果是在太原理工大學化學與化工學院李晉平教授帶領下完成的，實現(xiàn)了乙烷-乙烯吸附反轉(zhuǎn)，制備出了高效乙烷吸附劑，可對不同濃度的乙烷、乙烯混合物一步分離得到聚合級乙烯。

傳統(tǒng)乙烯的工業(yè)制備是通過乙烷高溫裂解進行，產(chǎn)物是乙烷和乙烯的混合物。工業(yè)上常用多步多級的低溫精餾分離技術，將該混合物分離得到純度在99.95%以上的工業(yè)標準乙烯。該過程需要消耗大量能量，乙烯成本中大約75%都用在這一環(huán)節(jié)。

李晉平教授的團隊第一次利用氧分子先與Fe-MOF材料中的不飽和空位結(jié)合，有效阻擋不飽和金屬空位與乙烯間的π鍵相互作用，顯著降低乙烯吸附量。同時，新構(gòu)建的Fe-O2基團能對乙烷顯示出更強的吸附親和力，實現(xiàn)吸附乙烷強于乙烯，達到選擇性脫除乙烯中雜質(zhì)乙烷的目的。這一成果不僅巧妙地實現(xiàn)了乙烷-乙烯吸附反轉(zhuǎn)，也制備出迄今最高效的乙烷選擇吸附劑，使不同濃度的乙烷乙烯混合物一步分離得到聚合級乙烯。更重要的是，這種簡單巧妙的思路可望應用于其他MOFs中，為乙烷乙烯分離吸附劑的選擇開辟出一條新途徑。

該研究成果的主要亮點為：一是發(fā)現(xiàn)了含有鐵-超氧位點的MOF對乙烷的吸附能力比乙烯更強；二是實現(xiàn)了在室溫常壓下高效分離制得99.99%純度的乙烯。該研究團隊已經(jīng)制備出一種新型的MOF材料，并根據(jù)中子粉末衍射以及理論計算發(fā)現(xiàn)Fe-O2可吸附乙烷的活性。MOF是孔洞結(jié)構(gòu)，乙烯和乙烷分子可以很好地穿過它，從而增加了吸附幾率。