Fine-Tuning and Selective-Binding within an Anion-Functionalized Ultramicroporous Metal–Organic Framework for Efficient Olefin/Paraffin Separation

丙烷 材料科学 烯烃纤维 选择性 吸附 金属有机骨架 化学工程 空气分离 气体分离 离子 金属 催化作用 物理化学 有机化学 聚合物 化学 复合材料 冶金 工程类 氧气 生物化学
作者
Zhaoqiang Zhang,Qi Ding,Xili Cui,Xiao‐Ming Jiang,Huabin Xing
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (36): 40229-40235 被引量:52
标识
DOI:10.1021/acsami.0c07800
摘要

Olefin/paraffin separation is one of the intrinsically challenging tasks, mainly realized through the energy-intensive cryogenic distillation techniques. Here, we report the efficient separation of both propylene/propane (C3H6/C3H8) and ethylene/ethane (C2H4/C2H6) mixtures for the first time by a cheap and customized anion-functionalized metal-organic framework, ZU-36 (also termed as GeFSIX-3-M, M = Ni2+, Co2+), through molecular recognition and cross-section matching mechanism. Specifically, the pore window size of the fine-tuned ZU-36-Ni (4.42 × 4.42 Å2) decorated with high density of electronegative anions matches well with the cross section of C3H6 (4.16 × 4.65 Å2) and C2H4 (3.28 × 4.18 Å2), leading to efficient separation of C3H6/C3H8 and C2H4/C2H6. The high uptake capacity and separation selectivity of ZU-36-Ni were confirmed by adsorption isotherms and breakthrough tests. Binary dynamic breakthrough results showed that ZU-36-Ni can trap 1.35 mmol g-1 C3H6 and 1.08 mmol g-1 C2H4 from C3H6/C3H8 and C2H4/C2H6 mixtures, respectively. The separation selectivity for C3H6/C3H8 on ZU-36-Ni calculated from the breakthrough tests is 19, which sets a new benchmark for C3H6/C3H8 separation. The proposed cross-section matching mechanism together with proper selective binding affinity may serve as a guide for the design of effective porous materials for other important gas separation.
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