基于丙烯/丙烷分离的具有分子识别效应柔性金属有机骨架（MOFs）构筑研究

The energy consumption of propylene/propane separation is high in China, which restricted the development of propylene industry. In this project, flexible metal-organic frameworks (MOFs) were used with their molecular recognition effect. For a further structural modification, some polarity ligands (e.g. CF3SO3- or BF4-) were introduced into the flexible MOFs layers. The interaction between polarity ligands and π bond were used to enhance the propylene/propane adsorption selectivity and separation ability of flexible MOFs. This project is providing a new way of propylene/propane separation, and a further application of MOFs materials.

丙烯/丙烷的分离能耗过大，严重的制约了我国丙烯产业的发展。本项目提出利用具有分子识别效应的柔性金属有机骨架材料（MOFs），通过引入三氟甲磺酸，四氟硼酸等极性配体至柔性MOFs层间，对柔性MOFs进行结构修饰。利用丙烯中的π键与极性配体的相互作用，提高丙烯的吸附选择性，实现对丙烯/丙烷的高效分离。本项目的实施，将为丙烯/丙烷的高效分离寻找一条新途径，进一步拓展MOFs材料的应用。

丙烯是重要的石油化工原料，在生产中为了得到聚合级丙烯，常采用低温精馏工艺来进行丙烷/丙烯分离。然而，丙烷和丙烯的物理性质非常接近，分离能耗过大。本项目提出利用具有分子识别效应的柔性金属有机骨架材料（MOFs），利用吸附分离工艺，实现丙烷/丙烯的高效分离。根据丙烷和丙烯的分子大小，构建了NJU-Bai8柔性MOF，能够对丙烯和丙烷分子显示出较大的吸附开口压力差异，实现了对丙烯/丙烷混合物的有效分离。通过引入三氟甲磺酸，四氟硼酸等不同的极性配体至二维层状MOF层间，调控了丙烯/丙烷的扩散选择性。制备的ELM-12材料具有曲折的扩散孔道，基于动力学效应实现了对丙烯/丙烷混合物的分离。此外，我们还对构建的多种MOF材料的低碳烃分离性能进行了拓展研究，实现了乙烷/乙烯，乙炔/乙烯，丙炔/丙烯的高效分离。相关科研成果以学术论文形式在Science，Nature Materials等国际著名期刊发表19篇，获授权专利5项。本项目的开展将为低碳烃的高效分离提供理论支撑，为拓展MOFs材料的工业应用奠定基础。