The effect of pore structure in ethane-selective metal-organic frameworks for ethylene purification

乙烯 选择性 吸附 金属有机骨架 选择性吸附 化学 石油化工 化学工程 材料科学 有机化学 催化作用 工程类
作者
Feng Xie,Jiaqi Liu,W. David Graham,Saif Ullah,Eder Moisés Cedeño Morales,Kui Tan,Timo Thonhauser,Hao Wang,Jing Li
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:473: 145096-145096 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.145096
摘要

Separation of ethylene from ethane is of great importance in petrochemical industry. Adsorptive separation making use of porous materials such as metal-organic frameworks (MOFs) is an energy efficient technology compared to the conventional cryogenic distillation. However, preferential adsorption of ethylene over ethane represents the major current challenge. Here we demonstrate how pore structure can significantly alter the adsorption selectivity in two isoreticular Zr-MOFs. A simple ligand functionalization in UiO-66 yields smaller/better matching pore for ethane, and weaker interaction with ethylene, greatly enhancing ethane/ethylene selectivity in MOF-801. Ab initio calculations combined with in situ infrared spectroscopic analysis unveil the nature of host-guest interactions and differences in the overall binding energies. Polymer-grade ethylene (99.9%) can be produced directly from ethane/ethylene mixture in a single step. Having well-balanced adsorption capacity and selectivity, low-cost synthesis and easy scalability MOF-801 stands out as a promising ethane-selective adsorbent for one-step ethylene purification under ambient conditions.
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