Adaptive Pore Opening to Form Tailored Adsorption Sites in a Cooperatively Flexible Framework Enables Record Inverse Propane/Propylene Separation

丙烷 化学 金属有机骨架 吸附 烯烃 选择性 烷烃 化学工程 气体分离 有机化学 碳氢化合物 催化作用 生物化学 工程类
作者
Ryan A. Klein,Lukas W. Bingel,Arijit Halder,Marcus Carter,Benjamin A. Trump,Eric D. Bloch,Wei Zhou,Krista S. Walton,Craig M. Brown,C. Michael McGuirk
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (40): 21955-21965 被引量:40
标识
DOI:10.1021/jacs.3c06754
摘要

A proposed low-energy alternative to the separation of alkanes from alkenes by energy-intensive cryogenic distillation is separation by porous adsorbents. Unfortunately, most adsorbents preferentially take up the desired, high-value major component alkene, requiring frequent regeneration. Adsorbents with inverse selectivity for the minor component alkane would enable the direct production of purified, reagent-grade alkene, greatly reducing global energy consumption. However, such materials are exceedingly rare, especially for propane/propylene separation. Here, we report that through adaptive and spontaneous pore size and shape adaptation to optimize an ensemble of weak noncovalent interactions, the structurally responsive metal-organic framework CdIF-13 (sod-Cd(benzimidazolate)2) exhibits inverse selectivity for propane over propylene with record-setting separation performance under industrially relevant temperature, pressure, and mixture conditions. Powder synchrotron X-ray diffraction measurements combined with first-principles calculations yield atomic-scale insight and reveal the induced fit mechanism of adsorbate-specific pore adaptation and ensemble interactions between ligands and adsorbates. Dynamic column breakthrough measurements confirm that CdIF-13 displays selectivity under mixed-component conditions of varying ratios, with a record measured selectivity factor of α ≈ 3 at 95:5 propylene:propane at 298 K and 1 bar. When sequenced with a low-cost rigid adsorbent, we demonstrated the direct purification of propylene under ambient conditions. This combined atomic-level structural characterization and performance testing firmly establishes how cooperatively flexible materials can be capable of unprecedented separation factors.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
nnn完成签到,获得积分10
1秒前
斗鱼飞鸟和俞完成签到,获得积分10
1秒前
1秒前
wuxin完成签到,获得积分10
1秒前
2秒前
李健的粉丝团团长应助keke采纳,获得10
2秒前
小文完成签到,获得积分10
2秒前
yjq完成签到,获得积分10
2秒前
洛希极限完成签到,获得积分10
3秒前
luo完成签到,获得积分0
3秒前
aimeng完成签到,获得积分10
4秒前
痴情的银耳汤完成签到,获得积分10
4秒前
开朗若之完成签到 ,获得积分10
4秒前
科研通AI6.1应助慧子采纳,获得10
5秒前
Hao完成签到,获得积分10
5秒前
WU完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
Flynn完成签到 ,获得积分10
5秒前
鲤鱼野狼完成签到,获得积分10
6秒前
半夏完成签到,获得积分10
6秒前
simpsonky关注了科研通微信公众号
6秒前
徐徐发布了新的文献求助10
6秒前
鹰酱发布了新的文献求助20
7秒前
粗犷的书包完成签到,获得积分10
7秒前
疯狂的寒风完成签到,获得积分10
7秒前
annabelle完成签到,获得积分10
7秒前
王若琪发布了新的文献求助10
8秒前
vivvy完成签到,获得积分10
8秒前
8秒前
宫代柔完成签到 ,获得积分10
9秒前
生言生语完成签到,获得积分10
9秒前
yjx完成签到 ,获得积分10
9秒前
wh完成签到,获得积分10
9秒前
LL完成签到,获得积分10
9秒前
西门访曼完成签到,获得积分10
9秒前
跑山猪完成签到,获得积分10
9秒前
Potato发布了新的文献求助10
10秒前
Gloria发布了新的文献求助10
10秒前
乐平KYXK应助Pendulium采纳,获得10
11秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Kinesiophobia : a new view of chronic pain behavior 3000
Les Mantodea de guyane 2500
Signals, Systems, and Signal Processing 510
Discrete-Time Signals and Systems 510
Brittle Fracture in Welded Ships 500
Lloyd's Register of Shipping's Approach to the Control of Incidents of Brittle Fracture in Ship Structures 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5943492
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 7087901
关于积分的说明 15890907
捐赠科研通 5074632
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2729531
邀请新用户注册赠送积分活动 1689045
关于科研通互助平台的介绍 1614002