首頁>分析測(cè)試中心>

【Small】具有超強(qiáng)乙烷納米阱的氨基功能化MOFs用于乙烷/乙烯的高效分離

【Small】具有超強(qiáng)乙烷納米阱的氨基功能化MOFs用于乙烷/乙烯的高效分離

發(fā)布日期：2024-08-30 來源：貝士德儀器

全文概述

開發(fā)高性能多孔材料來分離乙烷和乙烯是化學(xué)工業(yè)中一項(xiàng)重要但具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。西安交通大學(xué)楊慶遠(yuǎn)教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種新型的超強(qiáng)C2H6納米阱材料CuIn(3-ain)4，它利用多種主客體相互作用來高效捕獲C2H6分子并分離C2H6/C2H4混合物。在6.25 kPa和298 K條件下，該材料對(duì)C2H6的吸附量高達(dá)2.38 mmol/g，對(duì)C2H6/C2H4的選擇性為3.42(10:90)。此外，等摩爾C2H6/C2H4在298 K下表現(xiàn)出較高的分離潛能?Q (2286 mmol/L)。動(dòng)力學(xué)吸附實(shí)驗(yàn)表明，CuIn(3-ain)4對(duì)C2H6具有較高的吸附率，可作為捕獲C2H6和分離C2H6/C2H4的新型基準(zhǔn)材料。且CuIn(3-ain)4在333 K的高溫下也能保持其分離性能。理論模擬和單晶X射線衍射對(duì)如何調(diào)控孔隙尺寸和幾何形狀來調(diào)節(jié)選擇性吸附特性提供了重要的見解。CuIn(3-ain)4對(duì)C2H6/C2H4混合氣體的優(yōu)異分離性能得到了穿透性實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。

背景介紹

傳統(tǒng)工業(yè)分離乙烷乙烯的方法存在高能耗，高投資等缺陷，因此急需開發(fā)出一種綠色節(jié)能經(jīng)濟(jì)的方法進(jìn)行替代。多孔材料的吸附分離技術(shù)具有低能耗，低投入的潛在優(yōu)勢(shì)，其中MOFs由于其獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)，成為吸附分離工藝中的重要材料之一。在乙烯乙烷分離領(lǐng)域中，具有乙烷選擇性MOFs可以降低解吸能耗，實(shí)現(xiàn)一步純化乙烯。但目前所報(bào)道的MOFs材料存在吸附能力有限，選擇性不足等問題。另一方面，在實(shí)際工業(yè)場(chǎng)景中混氣的溫度通常高于環(huán)境溫度，且在高溫下分離烯烴烷烴有利于提高效率，節(jié)約能源。因此，在更接近模擬工業(yè)環(huán)境的條件下評(píng)估吸附劑的性能是至關(guān)重要的。但目前C2H6選擇性MOFs在較高溫度下的性能卻很少被研究和實(shí)現(xiàn)。因此，開發(fā)能夠在高溫下有效分離C2H6/C2H4混合物的吸附劑勢(shì)在必行。本文通過氨基功能化，對(duì)孔環(huán)境精確調(diào)控，實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的C2H6/C2H4分離(方案1)。
材料合成與結(jié)構(gòu)
CuIn(ina)4是雙重互穿金剛石(dia)網(wǎng)絡(luò)，具有沿a軸延伸的方形通道。在N,N-二乙基甲酰胺(DEF)/甲醇混合物中，CuI、In(NO3)3·xH2O和3-氨基異煙酸在100℃下進(jìn)行熱溶劑熱反應(yīng)，生成CuIn(3-ain)4的橙色晶體。單晶X射線衍射分析表明，CuIn(3-ain)4晶體屬于正交Fdd2空間群。該結(jié)構(gòu)由兩個(gè)不同的四面體配位單元[CuN4]+和[In(COO)4]?組成，由3-氨基異煙酸連接。Cu+離子由四個(gè)獨(dú)立的3-氨基異煙酸配體的吡啶氮原子四面體配位，而In3+離子由四個(gè)配體的羧酸基螯合，遵循軟硬酸堿理論，構(gòu)建了一個(gè)具有菱形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的開放三維中性框架。與CuIn(ina)4相比，氨基的引入可以有效地減小某些方向上可達(dá)孔空間的大小，有助于形成具有更多相互作用位點(diǎn)的孔表面。
吸附行為
CuIn(ina)4和CuIn(3-ain)4的永久孔隙率通過195 K的CO2吸附等溫線進(jìn)行驗(yàn)證(圖2a)。兩種材料均表現(xiàn)出典型的I型吸附等溫線。測(cè)定了CuIn(ina)4和CuIn(3-ain)4的(BET)表面積分別為472 m2/g和429 m2/g。基于H-K方法，計(jì)算CuIn(ina)4的孔徑分布(PSD)為0.67 nm。在整合-NH2后，CuIn(3-ain)4的PSD減小到0.54 nm。298K下吸附等溫線表明（圖2b）,氨基功能化后的CuIn(3-ain)4對(duì)C2H6和C2H4的吸附等溫線陡度明顯增加，C2H4的吸附量為2.68 mmol/g，對(duì)C2H6的吸附量為2.71 mmol/g (圖2b)?。在313K和333 K時(shí)，CuIn(3-ain)4對(duì)?C2H6的吸附值分別為2.68和2.65 mmol/g，吸附量沒有明顯的減少。這種特殊的性能在其他C2H6選擇性MOF吸附劑中很少觀察到(圖2d)。且在低壓6.25 kPa下，CuIn(3-ain)4的吸附量能達(dá)到2.38 mmol/g，超過了大多數(shù)現(xiàn)有吸附劑，結(jié)果表明CuIn(3-ain)4在分離C2H6/C2H4方面具有很大的潛力。
IAST和分離潛能
利用理想吸附溶液理論(IAST)進(jìn)一步量化了C2H6/C2H4二元混合物在298 K下的吸附選擇性。在C2H6/C2H4混合物(50/50和10/90)中，CuIn(ina)4的IAST選擇性分別為1.91和1.97。而CuIn(3-ain)4對(duì)相同混合物表現(xiàn)出更高的選擇性，分別為3.32和3.42(圖3a)。在1 bar下，C2H6的吸附量超過2.68 mmol/ g，而C2H6/C2H4(50/50)的分離選擇性超過3.32的情況極為罕見(圖3b)。此外，其在313和333 K時(shí)分別保持在3.08和2.86(圖3c)，適合工業(yè)應(yīng)用。進(jìn)一步計(jì)算分離潛能?Q來估計(jì)CuIn(3-ain)4在固定床吸附器中的C2H6/C2H4分離能力(圖3d)。結(jié)果表明常溫條件下，CuIn(3-ain)4對(duì)等摩爾C2H6/C2H4的最大回收率可達(dá)2286 mmol/L;這個(gè)值明顯超過了CuIn(ina)4，這可能代表了迄今為止最高的分離潛能。Qst計(jì)算表明，與其他材料相比，CuIn(3-ain)4表現(xiàn)出明顯較低的Qst值（32.11 kJ/mol），表明在溫和條件下具有很高的再生能力。
動(dòng)力學(xué)吸附
通過氣體動(dòng)力學(xué)吸附實(shí)驗(yàn)，探討了298 K和100 kPa下氣體吸附質(zhì)與吸附劑之間的傳質(zhì)效應(yīng)。如圖4a、b所示，CuIn(ina)4和CuIn(3-ain)4對(duì)C2H6的最大吸附速率分別為0.27和0.54 mmol/g/s。值得注意的是，CuIn(3-ain)4的最大吸附速率是CuIn(ina)4的兩倍。這種差異可歸因于最佳孔徑和內(nèi)部胺官能團(tuán)的存在增強(qiáng)乙烷的擴(kuò)散和捕獲。此外，CuIn(3-ain)4對(duì)C2H6的吸附速率高于對(duì)C2H4的吸附速率，進(jìn)一步驗(yàn)證了該材料對(duì)C2H6的高親和力。此外，研究了在313和333 K溫度下，在100 kPa下，CuIn(3-ain)4對(duì)乙烷的吸附速率曲線，以評(píng)估溫度對(duì)吸附動(dòng)力學(xué)的影響(圖4c,d)。實(shí)驗(yàn)表明，CuIn(3-ain)4對(duì)C2H6的吸附率隨溫度升高而升高。這有助于在高溫下保持CuIn(3-ain)4的高吸附能力。這些結(jié)果表明，氣體在這兩種MOFs中的吸附不僅受熱力學(xué)因素的影響，還受動(dòng)力學(xué)吸附效應(yīng)的影響，從而對(duì)整個(gè)吸附過程產(chǎn)生協(xié)同影響。
吸附位點(diǎn)
通過巨正則蒙特卡羅(GCMC)模擬和DFT計(jì)算探究了氣體分子與宿主框架之間的結(jié)合相互作用。圖5a,b所示，C2H6分子與框架產(chǎn)生多種超分子相互作用。每個(gè)C2H6分子通過兩個(gè)C-H··O相互作用以H鍵與周圍的羧酸氧原子連接，距離為3.01 ~ 3.27 ?，并在3.27 ?處與吡啶環(huán)形成C─H···Π相互作用。此外，C2H6分子與含氮基團(tuán)相互作用形成3個(gè)強(qiáng)的C─H···N氫鍵，而吸附的C2H4分子在較遠(yuǎn)距離上與骨架的相互作用較少，主要通過C─H··O相互作用(2.78 ~ 3.09 ?)、C─H···N相互作用(3.50 ?)和C─H···N相互作用(3.26 ?)與骨架發(fā)生相互作用。鍵長的變化證實(shí)了氨基的加入改變了主客體相互作用動(dòng)力學(xué)，氨基和氫原子之間的相互作用增強(qiáng)了C2H6的吸附。CuIn(3-ain)4對(duì)C2H6的溫度不敏感主要依賴于多個(gè)超分子相互作用的協(xié)同作用。圖5c、d顯示了CuIn(3-ain)4中客體氣體分子(C2H6)的模擬空間分布。
動(dòng)態(tài)穿透實(shí)驗(yàn)
為了評(píng)估CuIn(3-ain)4對(duì)C2H6/C2H4混合物的分離效果，在298 ~ 333 K的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行了穿透性實(shí)驗(yàn)。圖6a表明，CuIn(3-ain)4能在298K下有效分離C2H6/C2H4混合物，在初始吹掃過程中，首先檢測(cè)到C2H4（＞99.95%），C2H6的保留時(shí)間為267 s/g。單次穿透可從C2H6/C2H4(50/50)混合物中回收7.64 L/ kg C2H4（純度≥99.5%）。圖6b進(jìn)一步證實(shí)了CuIn(3-ain)4在較寬溫度范圍內(nèi)的適應(yīng)性。本文針對(duì)實(shí)際工業(yè)場(chǎng)景即C2H6/C2H4(10/90和1/15)混合物進(jìn)行了穿透性實(shí)驗(yàn)。進(jìn)一步證明了CuIn(3-ain)4即使在低濃度C2H6下也能有效純化C2H4。從C2H6/C2H4(10/90)的穿透曲線中，確定了C2H6和C2H4的動(dòng)態(tài)吸附量分別為0.68和1.55 mmol/g。C2H6/C2H4的動(dòng)態(tài)分離選擇性為3.95，顯著高于靜態(tài)選擇性3.42，表明CuIn(3-ain)4具有優(yōu)異的動(dòng)態(tài)分離性能。CuIn(3-ain)4在經(jīng)過多次循環(huán)動(dòng)態(tài)穿透實(shí)驗(yàn)仍能保持其原本的動(dòng)態(tài)分離性能。且CuIn(3-ain)4的估計(jì)成本為≈$40 /kg。CuIn(3-ain)4具有出色的分離效率，耐用性和成本效益，有望應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)。

總結(jié)與展望

綜上所述，本文通過引入氨基，成功地合成了一種新的乙烷選擇性吸附材料CuIn(3-ain)4。該材料對(duì)乙烷具有較強(qiáng)的吸附親和性，在低壓下達(dá)到飽和，對(duì)C2H6/C2H4混合物具有優(yōu)異的分離性能，在MOF材料中具有較高的分離潛力。CuIn(3-ain)4的C2H6/C2H4-IAST選擇性優(yōu)于大多數(shù)已知的C2H6選擇性MOF材料。此外，CuIn(3-ain)4的吸附能力和分離潛力在很寬的溫度范圍內(nèi)保持一致，使其非常適合乙烯提純。由于分離過程僅部分依賴于熱力學(xué)，因此可以利用熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的協(xié)同效應(yīng)在適度的Qst下有效和選擇性地吸附C2H6。動(dòng)態(tài)穿透實(shí)驗(yàn)證實(shí)了CuIn(3ain)4對(duì)C2H6/C2H4的優(yōu)異分離性能。理論模擬提供了如何通過控制孔隙尺寸和幾何形狀來微調(diào)吸附劑的選擇性吸附特性的見解。CuIn(3-ain)4在C2H6/C2H4分離中的成功應(yīng)用為C2H6選擇性MOFs的設(shè)計(jì)提供了新的參考，并激勵(lì)了進(jìn)一步研究其在其他復(fù)雜烷烴/烯烴分離任務(wù)中的潛力。

文章鏈接:?

https://doi.org/10.1002/smll.202402382

貝士德?吸附表征?全系列測(cè)試方案

圖片

測(cè)樣、送檢咨詢：楊老師

138 1051 2843（同微信）

【Small】具有超強(qiáng)乙烷納米阱的氨基功能化MOFs用于乙烷/乙烯的高效分離

發(fā)布日期：2024-08-30 來源：貝士德儀器

全文概述

開發(fā)高性能多孔材料來分離乙烷和乙烯是化學(xué)工業(yè)中一項(xiàng)重要但具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。西安交通大學(xué)楊慶遠(yuǎn)教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種新型的超強(qiáng)C2H6納米阱材料CuIn(3-ain)4，它利用多種主客體相互作用來高效捕獲C2H6分子并分離C2H6/C2H4混合物。在6.25 kPa和298 K條件下，該材料對(duì)C2H6的吸附量高達(dá)2.38 mmol/g，對(duì)C2H6/C2H4的選擇性為3.42(10:90)。此外，等摩爾C2H6/C2H4在298 K下表現(xiàn)出較高的分離潛能?Q (2286 mmol/L)。動(dòng)力學(xué)吸附實(shí)驗(yàn)表明，CuIn(3-ain)4對(duì)C2H6具有較高的吸附率，可作為捕獲C2H6和分離C2H6/C2H4的新型基準(zhǔn)材料。且CuIn(3-ain)4在333 K的高溫下也能保持其分離性能。理論模擬和單晶X射線衍射對(duì)如何調(diào)控孔隙尺寸和幾何形狀來調(diào)節(jié)選擇性吸附特性提供了重要的見解。CuIn(3-ain)4對(duì)C2H6/C2H4混合氣體的優(yōu)異分離性能得到了穿透性實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。

背景介紹

傳統(tǒng)工業(yè)分離乙烷乙烯的方法存在高能耗，高投資等缺陷，因此急需開發(fā)出一種綠色節(jié)能經(jīng)濟(jì)的方法進(jìn)行替代。多孔材料的吸附分離技術(shù)具有低能耗，低投入的潛在優(yōu)勢(shì)，其中MOFs由于其獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)，成為吸附分離工藝中的重要材料之一。在乙烯乙烷分離領(lǐng)域中，具有乙烷選擇性MOFs可以降低解吸能耗，實(shí)現(xiàn)一步純化乙烯。但目前所報(bào)道的MOFs材料存在吸附能力有限，選擇性不足等問題。另一方面，在實(shí)際工業(yè)場(chǎng)景中混氣的溫度通常高于環(huán)境溫度，且在高溫下分離烯烴烷烴有利于提高效率，節(jié)約能源。因此，在更接近模擬工業(yè)環(huán)境的條件下評(píng)估吸附劑的性能是至關(guān)重要的。但目前C2H6選擇性MOFs在較高溫度下的性能卻很少被研究和實(shí)現(xiàn)。因此，開發(fā)能夠在高溫下有效分離C2H6/C2H4混合物的吸附劑勢(shì)在必行。本文通過氨基功能化，對(duì)孔環(huán)境精確調(diào)控，實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的C2H6/C2H4分離(方案1)。
材料合成與結(jié)構(gòu)
CuIn(ina)4是雙重互穿金剛石(dia)網(wǎng)絡(luò)，具有沿a軸延伸的方形通道。在N,N-二乙基甲酰胺(DEF)/甲醇混合物中，CuI、In(NO3)3·xH2O和3-氨基異煙酸在100℃下進(jìn)行熱溶劑熱反應(yīng)，生成CuIn(3-ain)4的橙色晶體。單晶X射線衍射分析表明，CuIn(3-ain)4晶體屬于正交Fdd2空間群。該結(jié)構(gòu)由兩個(gè)不同的四面體配位單元[CuN4]+和[In(COO)4]?組成，由3-氨基異煙酸連接。Cu+離子由四個(gè)獨(dú)立的3-氨基異煙酸配體的吡啶氮原子四面體配位，而In3+離子由四個(gè)配體的羧酸基螯合，遵循軟硬酸堿理論，構(gòu)建了一個(gè)具有菱形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的開放三維中性框架。與CuIn(ina)4相比，氨基的引入可以有效地減小某些方向上可達(dá)孔空間的大小，有助于形成具有更多相互作用位點(diǎn)的孔表面。
吸附行為
CuIn(ina)4和CuIn(3-ain)4的永久孔隙率通過195 K的CO2吸附等溫線進(jìn)行驗(yàn)證(圖2a)。兩種材料均表現(xiàn)出典型的I型吸附等溫線。測(cè)定了CuIn(ina)4和CuIn(3-ain)4的(BET)表面積分別為472 m2/g和429 m2/g?；?/span>H-K方法，計(jì)算CuIn(ina)4的孔徑分布(PSD)為0.67 nm。在整合-NH2后，CuIn(3-ain)4的PSD減小到0.54 nm。298K下吸附等溫線表明（圖2b）,氨基功能化后的CuIn(3-ain)4對(duì)C2H6和C2H4的吸附等溫線陡度明顯增加，C2H4的吸附量為2.68 mmol/g，對(duì)C2H6的吸附量為2.71 mmol/g (圖2b)?。在313K和333 K時(shí)，CuIn(3-ain)4對(duì)?C2H6的吸附值分別為2.68和2.65 mmol/g，吸附量沒有明顯的減少。這種特殊的性能在其他C2H6選擇性MOF吸附劑中很少觀察到(圖2d)。且在低壓6.25 kPa下，CuIn(3-ain)4的吸附量能達(dá)到2.38 mmol/g，超過了大多數(shù)現(xiàn)有吸附劑，結(jié)果表明CuIn(3-ain)4在分離C2H6/C2H4方面具有很大的潛力。
IAST和分離潛能
利用理想吸附溶液理論(IAST)進(jìn)一步量化了C2H6/C2H4二元混合物在298 K下的吸附選擇性。在C2H6/C2H4混合物(50/50和10/90)中，CuIn(ina)4的IAST選擇性分別為1.91和1.97。而CuIn(3-ain)4對(duì)相同混合物表現(xiàn)出更高的選擇性，分別為3.32和3.42(圖3a)。在1 bar下，C2H6的吸附量超過2.68 mmol/ g，而C2H6/C2H4(50/50)的分離選擇性超過3.32的情況極為罕見(圖3b)。此外，其在313和333 K時(shí)分別保持在3.08和2.86(圖3c)，適合工業(yè)應(yīng)用。進(jìn)一步計(jì)算分離潛能?Q來估計(jì)CuIn(3-ain)4在固定床吸附器中的C2H6/C2H4分離能力(圖3d)。結(jié)果表明常溫條件下，CuIn(3-ain)4對(duì)等摩爾C2H6/C2H4的最大回收率可達(dá)2286 mmol/L;這個(gè)值明顯超過了CuIn(ina)4，這可能代表了迄今為止最高的分離潛能。Qst計(jì)算表明，與其他材料相比，CuIn(3-ain)4表現(xiàn)出明顯較低的Qst值（32.11 kJ/mol），表明在溫和條件下具有很高的再生能力。
動(dòng)力學(xué)吸附
通過氣體動(dòng)力學(xué)吸附實(shí)驗(yàn)，探討了298 K和100 kPa下氣體吸附質(zhì)與吸附劑之間的傳質(zhì)效應(yīng)。如圖4a、b所示，CuIn(ina)4和CuIn(3-ain)4對(duì)C2H6的最大吸附速率分別為0.27和0.54 mmol/g/s。值得注意的是，CuIn(3-ain)4的最大吸附速率是CuIn(ina)4的兩倍。這種差異可歸因于最佳孔徑和內(nèi)部胺官能團(tuán)的存在增強(qiáng)乙烷的擴(kuò)散和捕獲。此外，CuIn(3-ain)4對(duì)C2H6的吸附速率高于對(duì)C2H4的吸附速率，進(jìn)一步驗(yàn)證了該材料對(duì)C2H6的高親和力。此外，研究了在313和333 K溫度下，在100 kPa下，CuIn(3-ain)4對(duì)乙烷的吸附速率曲線，以評(píng)估溫度對(duì)吸附動(dòng)力學(xué)的影響(圖4c,d)。實(shí)驗(yàn)表明，CuIn(3-ain)4對(duì)C2H6的吸附率隨溫度升高而升高。這有助于在高溫下保持CuIn(3-ain)4的高吸附能力。這些結(jié)果表明，氣體在這兩種MOFs中的吸附不僅受熱力學(xué)因素的影響，還受動(dòng)力學(xué)吸附效應(yīng)的影響，從而對(duì)整個(gè)吸附過程產(chǎn)生協(xié)同影響。
吸附位點(diǎn)
通過巨正則蒙特卡羅(GCMC)模擬和DFT計(jì)算探究了氣體分子與宿主框架之間的結(jié)合相互作用。圖5a,b所示，C2H6分子與框架產(chǎn)生多種超分子相互作用。每個(gè)C2H6分子通過兩個(gè)C-H··O相互作用以H鍵與周圍的羧酸氧原子連接，距離為3.01 ~ 3.27 ?，并在3.27 ?處與吡啶環(huán)形成C─H···Π相互作用。此外，C2H6分子與含氮基團(tuán)相互作用形成3個(gè)強(qiáng)的C─H···N氫鍵，而吸附的C2H4分子在較遠(yuǎn)距離上與骨架的相互作用較少，主要通過C─H··O相互作用(2.78 ~ 3.09 ?)、C─H···N相互作用(3.50 ?)和C─H···N相互作用(3.26 ?)與骨架發(fā)生相互作用。鍵長的變化證實(shí)了氨基的加入改變了主客體相互作用動(dòng)力學(xué)，氨基和氫原子之間的相互作用增強(qiáng)了C2H6的吸附。CuIn(3-ain)4對(duì)C2H6的溫度不敏感主要依賴于多個(gè)超分子相互作用的協(xié)同作用。圖5c、d顯示了CuIn(3-ain)4中客體氣體分子(C2H6)的模擬空間分布。
動(dòng)態(tài)穿透實(shí)驗(yàn)
為了評(píng)估CuIn(3-ain)4對(duì)C2H6/C2H4混合物的分離效果，在298 ~ 333 K的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行了穿透性實(shí)驗(yàn)。圖6a表明，CuIn(3-ain)4能在298K下有效分離C2H6/C2H4混合物，在初始吹掃過程中，首先檢測(cè)到C2H4（＞99.95%），C2H6的保留時(shí)間為267 s/g。單次穿透可從C2H6/C2H4(50/50)混合物中回收7.64 L/ kg C2H4（純度≥99.5%）。圖6b進(jìn)一步證實(shí)了CuIn(3-ain)4在較寬溫度范圍內(nèi)的適應(yīng)性。本文針對(duì)實(shí)際工業(yè)場(chǎng)景即C2H6/C2H4(10/90和1/15)混合物進(jìn)行了穿透性實(shí)驗(yàn)。進(jìn)一步證明了CuIn(3-ain)4即使在低濃度C2H6下也能有效純化C2H4。從C2H6/C2H4(10/90)的穿透曲線中，確定了C2H6和C2H4的動(dòng)態(tài)吸附量分別為0.68和1.55 mmol/g。C2H6/C2H4的動(dòng)態(tài)分離選擇性為3.95，顯著高于靜態(tài)選擇性3.42，表明CuIn(3-ain)4具有優(yōu)異的動(dòng)態(tài)分離性能。CuIn(3-ain)4在經(jīng)過多次循環(huán)動(dòng)態(tài)穿透實(shí)驗(yàn)仍能保持其原本的動(dòng)態(tài)分離性能。且CuIn(3-ain)4的估計(jì)成本為≈$40 /kg。CuIn(3-ain)4具有出色的分離效率，耐用性和成本效益，有望應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)。

總結(jié)與展望

綜上所述，本文通過引入氨基，成功地合成了一種新的乙烷選擇性吸附材料CuIn(3-ain)4。該材料對(duì)乙烷具有較強(qiáng)的吸附親和性，在低壓下達(dá)到飽和，對(duì)C2H6/C2H4混合物具有優(yōu)異的分離性能，在MOF材料中具有較高的分離潛力。CuIn(3-ain)4的C2H6/C2H4-IAST選擇性優(yōu)于大多數(shù)已知的C2H6選擇性MOF材料。此外，CuIn(3-ain)4的吸附能力和分離潛力在很寬的溫度范圍內(nèi)保持一致，使其非常適合乙烯提純。由于分離過程僅部分依賴于熱力學(xué)，因此可以利用熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的協(xié)同效應(yīng)在適度的Qst下有效和選擇性地吸附C2H6。動(dòng)態(tài)穿透實(shí)驗(yàn)證實(shí)了CuIn(3ain)4對(duì)C2H6/C2H4的優(yōu)異分離性能。理論模擬提供了如何通過控制孔隙尺寸和幾何形狀來微調(diào)吸附劑的選擇性吸附特性的見解。CuIn(3-ain)4在C2H6/C2H4分離中的成功應(yīng)用為C2H6選擇性MOFs的設(shè)計(jì)提供了新的參考，并激勵(lì)了進(jìn)一步研究其在其他復(fù)雜烷烴/烯烴分離任務(wù)中的潛力。

文章鏈接:?

https://doi.org/10.1002/smll.202402382

貝士德?吸附表征?全系列測(cè)試方案

圖片

測(cè)樣、送檢咨詢：楊老師

138 1051 2843（同微信）