取向MOF膜可用于多組分正異構烷烴分離
時間：2023-11-01 來源：中國科學報
金屬—有機骨架（MOF）主要是由金屬“模塊”和有機分子“模塊”組成，具有孔徑大小和形狀均可調節、容易進行修飾的優點，被認為是理想的制膜材料，在催化、分離純化、能源等領域都具有廣闊的應用前景。近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員楊維慎、研究員班宇杰團隊實現了取向金屬—有機框架（MOF）膜用于直鏈/支鏈正異構烷烴分離，該過程與精餾相比，可節省91%的分離能耗。相關成果發表在《自然—通訊》上。
C5-C7的直鏈/支鏈正異構烷烴是重要的石油化學品。其中，直鏈烷烴可裂解制乙烯，支鏈烷烴可調和汽油，將二者分離是實現下游產物優化利用的前提。但是，烷烴分子化學性質與極性相似，分離難度大。解決這一難題的關鍵在于如何基于正異構烷烴分子尺寸差異，構建適配型篩分孔陣列。
而金屬—有機框架豐富的孔道結構，為正異構烷烴分子篩分提供了機遇。但由于MOF孔結構多為各向異性，若將MOF制備成膜，則需控制其取向，以確保特定尺寸篩分孔的面外有序排列。HKUST-1是一種典型的金屬—有機框架材料，其中，貫穿{111}晶面的三角孔尺寸約為0.46 nm，恰好位于正異構烷烴的動力學直徑之間，是理想的篩分孔。因此，制備{111}取向HKUST-1膜有望實現正異構烷烴分離。
本工作中，團隊采用溶液中靜態播種預晶核與移除溶液熱轉變過程耦合，在終止競爭性體相成核與生長的同時，將反應完全限制在載體界面處，并憑借界面顯著的梯度型養分變化，對目標晶面的生長速率進行調控，獲得由八面體構筑塊緊密砌合的{111}取向HKUST-1膜。該膜可實現多種C5-C7直鏈/支鏈正異構烷烴高效篩分，分離能耗相比精餾可降低91%。
相關論文消息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-42397-x
