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Angew. Chem. :一种具有超高孔隙率的过渡金属氧化物分子筛用于高温高湿条件下的炔烃/烯烃分离2024-07-02
低碳烯烃是现今石油化工产业的重要基础原料,每年通过蒸汽裂解等方式生产上亿吨乙烯和丙烯。从C2和C3混合物中分离得到高纯乙烯和丙烯是一个高耗能过程,为了获得聚合物级的乙烯和丙烯,必须将副产物乙炔和丙炔降低至5 ppm以下,来防止高活性的炔烃在聚合过程中造成催化剂中毒。另外,炔烃同样是非常重要的工业基础原料,需要得到回收利用。

基于多孔吸附剂的吸附分离是非常重要的分离方式,不只是因为其是非热技术,还因为该技术使被吸附物具有回收潜力。另外,考虑到蒸汽裂解过程生产的原料具有高温高湿的特点,需要吸附剂在高温高湿等极端条件下发挥作用,很少有吸附剂可以达到这些要求。因此,开发具有在高温高湿条件下分离炔烃/烯烃能力的吸附剂是非常重要的研究方向。

过渡金属氧化物分子筛(ZOMOs)代表了一类新型的全无机类沸石材料,具有开放的微孔。ZOMOs主要是由八面体过渡金属氧簇形成的簇合物通过金属离子作为连接体共价组装形成的框架材料。近日,宁波大学材料科学与化学工程学院李砚硕教授、张祯歆教授团队报道了一种具有超高孔隙率的过渡金属氧化物分子筛(PM)用于高温高湿条件下的炔烃/烯烃分离。

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该材料结构中,六个MoO6八面体呈六方排列,通过桥氧键连接,形成[Mo6O24],两个[Mo6O24]通过中间的MoO6进行连接,两个PO4四面体盖在[Mo6O24]的顶端,形成结构单元[P2Mo13O50];结构单元之间通过PO4四面体作为连接体呈八面体形式进行连接,最终形成框架结构。

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具有贯通直孔道体系的PM具有优秀的离子交换能力,是一种离子交换平台材料。材料的孔特性很容易受到孔道内抗衡阳离子的影响,从而能够调控与炔烃、烯烃的相互作用力。

PMs在高温高湿条件下,具有高的纯化烯烃能力和breakthrough选择性,高温条件仍然能够保留相对于常温分离大多数的性能,而高湿条件下,PMs的分离性能并没有被损失。

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吸附剂的再生能力同样是吸附剂重要的评价指标之一,PMs对烯烃的弱相互作用,以及分离过程中微量的烯烃吸附量,可以使烯烃快速脱附完全,有利于回收剩余的纯炔烃。ZOMOs材料代表了新一类全无机类沸石材料,呈现了独特的微孔性,将气体分离吸附剂扩展到无机多孔材料领域。框架和吸附分子的独特作用力实现了气体在极端条件下的分离。

文信息

A Zeolitic Octahedral Metal Oxide with Ultrahigh Porosity for High-temperature and High-humidity Alkyne/Alkene Separation

Baokai Ma, Panpan Hu, Liangcheng Zou, Qianqian Zhu*, Lifeng Zhang, Satoshi Ishikawa, Wataru Ueda, Yanshuo Li*, Zhenxin Zhang*

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202406374

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