Insights into the thermodynamic–kinetic synergistic separation of propyne/propylene in anion pillared cage MOFs with entropy–enthalpy balanced adsorption sites

丙炔 吸附 动能 化学 笼子 热力学 熵(时间箭头) 离子 有机化学 物理化学 计算化学 物理 量子力学 数学 组合数学
作者
Yunjia Jiang,Lingyao Wang,Tongan Yan,Jianbo Hu,Wanqi Sun,Rajamani Krishna,Dongmei Wang,Zonglin Gu,Dahuan Liu,Xili Cui,Huabin Xing,Yuanbin Zhang
出处
期刊:Chemical Science [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:14 (2): 298-309 被引量:13
标识
DOI:10.1039/d2sc05742e
摘要

Propyne/propylene (C3H4/C3H6) separation is an important industrial process yet challenged by the trade-off of selectivity and capacity due to the molecular similarity. Herein, record C3H4/C3H6 separation performance is achieved by fine tuning the pore structure in anion pillared MOFs. SIFSIX-Cu-TPA (ZNU-2-Si) displays a benchmark C3H4 capacity (106/188 cm3 g-1 at 0.01/1 bar and 298 K), excellent C3H4/C3H6 IAST selectivity (14.6-19.3) and kinetic selectivity, and record high C3H4/C3H6 (10/90) separation potential (36.2 mol kg-1). The practical C3H4/C3H6 separation performance is fully demonstrated by breakthroughs under various conditions. 37.8 and 52.9 mol kg-1 of polymer grade C3H6 can be produced from 10/90 and 1/99 C3H4/C3H6 mixtures. 4.7 mol kg-1 of >99% purity C3H4 can be recovered by a stepped desorption process. Based on the in situ single crystal analysis and DFT calculation, an unprecedented entropy-enthalpy balanced adsorption pathway is discovered. MD simulation further confirmed the thermodynamic-kinetic synergistic separation of C3H4/C3H6 in ZNU-2-Si.
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