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    我国学者在乙烷/乙烯分离研究领域取得重要进展

    日期 2018-10-31   来源:化学科学部   作者:张国俊 朱旺喜  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(项目编号:21136007、21606163)等资助下, 太原理工大学李晋平教授,美国国家标准与技术研究院Wei Zhou博士和美国德州大学圣安东尼奥分校陈邦林教授等人合作在乙烷/乙烯分离领域取得重要进展。研究成果以 “Ethane/ethylene Separation in a Metal-organic Framework with Iron-peroxo Sites”( 具有铁-过氧阴离子位点的金属有机框架物用于乙烷/乙烯分离)为题,于2018年10月26日在Science(《科学》)上在线发表,论文链接:http://science.sciencemag.org/content/362/6413/443/tab-pdf。

      低碳烃是石油化工的重要基础原料,然而其生产和提纯过程中都伴随着较高的能耗和污染。乙烯作为全球最重要的化工原料,其产能及生产技术水平是一个国家石油化工发展水平的重要标志。传统蒸汽裂解生产乙烯的过程中,会不可避免的产生乙烷等副产物,为了得到高纯度聚合级乙烯产品,工业上常常需要多步多级低温精馏,产生巨大能耗。近年来,以新型金属有机骨架材料(MOFs)为吸附剂实现碳氢化合物的高效分离广受关注,但集中于利用MOFs材料中不饱和金属空位与乙烯形成的π键相互作用而选择性吸附乙烯。然而在实际生产中,乙烷杂质的含量较低,需要进行多个吸附-脱附循环才能够得到较高纯度的乙烯产品,显著提高了生产能耗,制约其工业应用。

      研究团队利用氧分子先与Fe-MOF材料中的不饱和空位结合,有效阻挡不饱和金属空位与乙烯间的π键相互作用,显著降低乙烯吸附量。同时,新构建的Fe-O2基团能够与乙烷显示出更强的吸附亲和力,实现吸附乙烷强于乙烯,从而达到选择性脱除乙烯中杂质乙烷的目的。该研究不仅巧妙地实现“乙烷-乙烯吸附反转”,也制备出迄今为止最高效的乙烷选择吸附剂,对不同浓度的乙烷/乙烯混合物一步分离得到聚合级乙烯。该研究成果为低碳烃分离开辟了新途径。

      图. 中子衍射确定的结构:在7 K下(A)Fe2(dobdc), (B) Fe2(O2)(dobdc), (C) Fe2(O2)(dobdc)吸附氘代乙烷的结构。注意从Fe(II)空位点到Fe(III)-超氧位点的转化以及Fe(III)-超氧位点对乙烷具有优先吸附作用。Fe原子:绿色;C原子:深灰色;O原子:粉色;O22-:红色;H或D原子:白色;乙烷中C原子:蓝色。




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