Ethylene/ethane separation in a stable hydrogen-bonded organic framework through a gating mechanism

化学 微型多孔材料 选择性 分子间力 乙烯 氢键 化学工程 多孔性 分子 催化作用 有机化学 工程类
作者
Yisi Yang,Libo Li,Rui‐Biao Lin,Yingxiang Ye,Zizhu Yao,Jing Wang,Fahui Xiang,Shimin Chen,Zhangjing Zhang,Shengchang Xiang,Banglin Chen
出处
期刊:Nature Chemistry [Springer Nature]
卷期号:13 (10): 933-939 被引量:293
标识
DOI:10.1038/s41557-021-00740-z
摘要

Porous materials are very promising for the development of cost- and energy-efficient separation processes, such as for the purification of ethylene from ethylene/ethane mixture—an important but currently challenging industrial process. Here we report a microporous hydrogen-bonded organic framework that takes up ethylene with very good selectivity over ethane through a gating mechanism. The material consists of tetracyano-bicarbazole building blocks held together through intermolecular CN···H–C hydrogen bonding interactions, and forms as a threefold-interpenetrated framework with pores of suitable size for the selective capture of ethylene. The hydrogen-bonded organic framework exhibits a gating mechanism in which the threshold pressure required for guest uptake varies with the temperature. Ethylene/ethane separation is validated by breakthrough experiments with high purity of ethylene (99.1%) at 333 K. Hydrogen-bonded organic frameworks are usually not robust, yet this material was stable under harsh conditions, including exposure to strong acidity, basicity and a variety of highly polar solvents. Porous materials are promising candidates for the cost- and energy-efficient separation of ethylene and ethane from gas mixtures: an important but challenging industrial process. Now, a hydrogen-bonded organic framework has been reported that is stable under harsh conditions and can take up ethylene at practical temperatures—with very high selectivity over ethane—through a gating mechanism.
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