构筑具有π络合作用的柔性MOFs用于乙烯/乙烷的高效分离

Refinery gas is usually burned as fuel or burned torch, resulting in the serious waste of ethylene resources and environmental pollution, recovery of ethylene from refinery gas is necessary. Due to the low selective separation of ethylene/ethane in refinery gas for traditional adsorbents, Cu(I), Ag(I) or other groups will be introduced into flexible MOFs to form π-complexation with ethylene, thereby, enhancing the adsorption strength and reducing the gate-opening pressure of ethylene in this project. The high recovery efficiency of ethylene from refinery gas will be achieved by organically combining gate-opening pressure and π-complexation of flexible MOFs. The implementation of this project will find a new way for the efficient separation of ethylene/ethane in refinery gas, and further, expand the industrial application of MOFs.

炼厂干气通常作为燃料使用或放火炬烧掉，造成严重的资源浪费和环境污染，回收干气中的乙烯资源十分必要。本项目针对传统吸附剂分离乙烯/乙烷选择性不高的问题，提出通过构筑柔性MOFs并引入Cu(I)，Ag(I)等基团，与乙烯形成π络合作用，以提升柔性MOFs对乙烯的吸附强度，降低乙烯开口压力。通过将柔性MOFs的开口压力与π络合作用有机结合的思路，实现炼厂干气中乙烯的高效回收。本项目的实施以期为乙烯/乙烷的高效分离找出一条新途径，进一步拓展MOFs的工业应用。

乙烯（C2H4）是重要的化工原料，用于生产聚乙烯、聚氯乙烯等。我国的C2H4产能长期位居世界第二，仅次于美国。虽然全球C2H4产能不断增加，但是C2H4终端需求持续快速增长，使得全球C2H4市场存在供需紧张，需求持续旺盛。而在实际工业生产中，通常需要高纯度的C2H4（>99.95％），但常伴随的混合气C2H2和C2H6与C2H4物理性质和分子尺寸非常接近，分离困难。因此，如何从混合物中分离C2H2或C2H6是得到高纯度乙烯的关键。近年来，基于变压吸附分离技术开发的多孔有序晶态材料（MOF, COF, HOF等）在低碳烃分离领域展现出广阔的前景，其由于结构多样性、可调节的孔结构和功能性孔表面而具有优异的性能。本项目基于C2H4分离中脱除C2H2和C2H6的关键性问题，开发了Zn2(bpy)(btec)和Cu(BDC)分离吸附剂材料，从材料批量化制备、结构特点、分离效果上展开了系列研究。其中，超微孔Zn2(bpy)(btec)材料的孔结构与通常MOF中的一维孔通道或者大的孔笼不同，层板中形成的超微孔孔穴恰好适合C2H2的进入，而完全阻止C2H2，并且能限制CO2的吸附。这种高效的空穴筛分策略展现出非常优异的吸附选择性，并且在众多MOF中，实现最低的C2H2和CO2共吸附量。在C2H4分离中脱除C2H2极具潜力。另制备的HOF-FJU-1柔性材料，其柔性孔结构通过温度压力调变只吸附高附加值的C3H6和C2H4而不吸附其它杂质气体。在高温下的多组分的模拟裂解气混合物分离实验中（CH4/C2H4/C2H6/C3H6/C3H8/CO2/H2)展现出非常好的烯烃捕获能力。通过后续的分离过程，烯烃可以在温度和压力的调变下实现有效分离，最终分别收集到高纯度C2H4和C3H6。本项目中C2H4分离开展的研究，提出的孔穴筛分及柔性孔分离策略能实现混合物中C2H4的高效分离，为解决烯烃分离的筛分识别难题提供有效的思路和研究基础。