A strongly hydrophobic ethane-selective metal-organic framework for efficient ethane/ethylene separation

化学 吸附 金属有机骨架 乙烯 范德瓦尔斯力 羧酸盐 聚乙烯 金属 选择性吸附 聚合物 空气分离 氧气 材料科学 有机化学 化学工程 无机化学 分子 催化作用 工程类
作者
Sisi Jiang,Lidong Guo,Lihang Chen,Changhua Song,Baojian Liu,Qiwei Yang,Zhiguo Zhang,Yiwen Yang,Qilong Ren,Zongbi Bao
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:442: 136152-136152 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.136152
摘要

The removal of ethane (C2H6) from ethylene (C2H4) is of great importance to afford polymer-grade C2H4 with purity greater than 99.95% as feedstock to produce polyethylene. Adsorptive separation with C2H6-selective metal-organic frameworks (MOFs) can directly produce high-purity C2H4, which has shown bright prospects for replacing the energy-intensive cryogenic distillation. Herein, we demonstrate a robust zirconium MOF possessing hydrophobic pores and oxygen-rich groups, namely MOF-841, can preferentially adsorb C2H6 over C2H4. Experimental adsorption isotherms and breakthrough show high separation performance for the gas mixture of C2H6 and C2H4 due to ultrahigh C2H6 uptake capacity (4.7 mmol/g) and distinctive C2H6/C2H4 uptake ratio (1.35) of MOF-841 at 298 K and 100 kPa. Computational studies reveal that aromatic rings and carboxylate oxygen atoms pointing towards the pore ascribed to trapping C2H6 through synergistic effects arising from multiple van der Waals interactions including C-H∙∙∙π and C-H···O, which are more potent than C2H4-framework interactions.
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