背景介绍

乙烯作为石化工业中最重要的原料之一，在制造各种聚合物和其他有机化学品方面具有广泛的用途。乙烯通常是通过乙烷的蒸汽裂解产生的，因此常伴有未反应完全的乙烷，要想获得高纯度的乙烯(≥99.95%)需要将其去除。然而，由于乙烷和乙烯的物理和化学性质相似。目前C₂H₆/C₂H₄混合物的分离是通过低温分离来实现的，这是非常耗能的过程。为此，开发具有更高能效的新分离技术势在必行。在此背景下，新兴的氢键有机框架(HOFs)：由有机分子通过分子间的氢键相互作用自组装而来的，被认为具有分离C₂H₆/C₂H₄的巨大潜力。

全文速览

本文报道了一种具有合适孔隙结构的新型HOF材料(HIAM-102)可用于C₂H₆/C₂H₄的分离。该材料对C₂H₆/C₂H₄的IAST选择性为1.9，C₂H₆吸附量为1206.25px³/g。其通道上装饰有丰富的甲基，具有良好的化学稳定性和疏水性。其在高潮湿环境下的混合气体穿透实验表明其具有良好的C₂H₆/C₂H₄分离能力。

图文解析

要点：图a所示为该材料合成所用到的有机配体。然后，有机配体间通过氢键相互作用形成一个二维层，然后层间通过苯环间的π…π堆积，形成三维结构。拓扑结果表明该材料具有一个hcb拓扑。

要点：273K下的CO₂测试得出该材料的孔径尺寸为~4.6Å。298K的测试结果表明该材料对C₂H₆的吸附量要大于C₂H₄，具有一个反转吸附现象。后期的Qst测试结果与吸附趋势符合。

要点：穿透测试表明该材料具有较好的C₂H₆/C₂H₄分离能力，且该材料在湿度条件下分离性能几乎不受影响，表明其具有良好的稳定性。

要点：从C₂H₆和C₂H₄的作用情况我们可以看出，C₂H₆与框架间的作用距离更短，作用能更大。这使得该框架对C₂H₆的吸附要强于C₂H₄。

总结与展望

综上所述，我们开发了一种高效的可分离C₂H₆/C₂H₄的HOF材料。HIAM-102具有hcb的拓扑结构，一维通道由甲基修饰。HIAM-102具有较高的C₂H₆吸附能力(48.25 cm³/g) 和 C₂H₆/C₂H₄选择性(1.9)，以及较好的疏水性能。潮湿环境(54% 和87% RH)下的穿透实验表明HIAM-102仍具有良好的C₂H₆/C₂H₄分离性能，且其分离能力不受水蒸气的影响。

DOI：10.1021/acsmaterialslett.2c00370

Link: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmaterialslett.2c00370

来源：公众号：浙师化语