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李晋平教授团队实现接近理想的丙炔-丙烯高效分离

发布时间:2018-09-25来源:科研院 作者:科研院点击率:[]次

9月25日,国际化学顶级期刊《德国应用化学》Angewandte Chemie International Edition(IF:12.102)在线发表了李晋平教授团队研究成果“A Metal–Organic Framework with Suitable Pore Size and Specific Functional Site for Record Removal of Trace Propyne from Propylene” [Angew.Chem. Int. Ed.,2018, DOI: 10.1002/anie.201809869]。太原理工大学为文章第一单位,化学化工学院李立博讲师是论文的第一作者,李晋平教授为共同作者,浙江大学李斌研究员和美国德州大学圣安东尼奥分校陈邦林教授为共同通讯作者。

丙烯是全球最重要的化工原料之一(2017年全球产能超1.2亿吨),其生产过程中不可避免的会产生丙炔杂质,极低浓度(≥1ppm)丙炔的存在就会对下游聚丙烯的生产造成显著影响。因而,实现丙烯中低浓度丙炔的高效净化,具有重要的工业与科学意义。传统石化行业中,丙炔的分离主要采用低温精馏或催化加氢工艺,存在能耗高和选择性低等不足。2017年李晋平教授团队首次利用柔性金属有机骨架材料(MOFs)独特的分子识别效应,实现了对丙烯中低浓度丙炔的高效分离(J. Am. Chem. Soc.,2017, 139, 7733–7736),引起了行业内的重点关注,为了满足实际工业要求,仍需进一步的提升丙炔的低压吸附量与选择性。经过一年多的认真研究与探索,该团队成功制备出兼具最高丙炔低压吸附量和超高丙炔/丙烯吸附选择性的 UTSA-200材料,为丙炔/丙烯的分离树立了新的标杆。

在本文中,研究者们通过对20余种经典MOFs材料的孔道尺寸,功能化基团及其丙炔-丙烯吸附性能进行了系统评估,优选得到具有最高吸附选择性与分离性能的UTSA-200材料。该MOFs独特的孔道结构在丙炔吸附时会产生吡啶环的旋转,从而在吸附丙炔的同时有效阻挡丙烯。同时,孔道中暴露的SiF62-基团能与丙炔分子形成较强的氢键相互作用将丙炔捕获。在较低压力下,UTSA-200材料显示出近乎理想的吸附大量丙炔而几乎不吸附丙烯,实现了超高的吸附选择性(>105)。

近年来,受到国家自然科学基金(21136007,21606163)和山西省自然科学基金(201601D021042)的支持,李晋平研究团队在气体分离领域不断取得新的突破,在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem.Int. Ed., J. Mater. Chem. A等系列国际著名期刊发表论文多篇,获授权国家发明专利十余项。

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