Sulfonate Functional Ultramicroporous Materials with Suitable Pore Size and Layer-Stacked Structure for C4 Olefins Purification

化学 烯烃纤维 选择性 磺酸盐 吸附 化学工程 分子 丁烯 多孔性 有机化学 乙烯 聚合物 催化作用 工程类
作者
Zhensong Qiu,Jiyu Cui,Lifeng Yang,Zhaoqiang Zhang,Xian Suo,Xili Cui,Huabin Xing
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (14): 9939-9946
标识
DOI:10.1021/jacs.4c00468
摘要

Selective recognition of 1,3-butadiene from complex olefin isomers is vital for 1,3-butadiene purification, but the lack of porous materials with suitable pore structures results in poor selectivity and low capacity in C4 olefin separation. Herein, two sulfonate-functionalized organic frameworks, ZU-601 and ZU-602, are designed and show impressive separation performance toward C4 olefins. Benefiting from the suitable aperture size caused by the flexibility of coordinated organic ligand, ZU-601, ZU-602 that are pillared with different sulfonate anions could discriminate C4 olefin isomers with high uptake ratio: 1,3-butadiene/1-butene (207), 1,3-butadiene/trans-2-butene (10.1). Meanwhile, their layer-stacked structure enables the utilization of both intra- and interlayer space, enhancing the accommodation of guest molecules. ZU-601 exhibits record high 1,3-butadiene adsorption capacity of 2.90 mmol g-1 (0.5 bar, 298 K) among the reported flexible porous materials with high 1,3-butadiene/1-butene selectivity. The breakthrough experiments confirm their superior separation ability even for all five C4 olefin isomers, and the molecular-level structural change is well elucidated via powder, crystal analysis, and simulation studies. The work provides ideas toward advanced materials design with simultaneous high separation capacity and high separation selectivity for challenging separations.
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