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          Adv. Mater.MOF-COF“合金”膜可高效分離丙烯/丙烷

          欄目:行業(yè)資訊 發(fā)布時(shí)間:2023-08-16

          化學(xué)人生8月12日訊:烯烴是化工中最重要和使用量最大的原料,主要通過(guò)石油或烷烴裂解獲得。工業(yè)上純化丙烯常用的方法是能源密集型的低溫蒸餾工藝,基于雙碳戰略,推行綠色環(huán)保,急需開(kāi)發(fā)新型節能的分離技術(shù)。膜技術(shù)因具有較低的分離能耗,較好的分離效果,被認為是最有希望取代傳統低溫精餾的分離技術(shù)之一。而先進(jìn)的功能性膜材料被認為是膜技術(shù)的"芯片"。

          金屬有機框架(MOFs)由于具有孔徑可調、孔隙率高等優(yōu)點(diǎn),在高通量篩分烯烴/石蠟混合物方面具有廣闊的前景。然而,MOFs中連接體旋轉而造成框架形變,常常使其篩分能力降低。將兩種材料在納米尺度上雜交,以實(shí)現機械性能的協(xié)同改善是自然界和人工材料中廣泛采用的策略。一個(gè)典型的例子是鋁合金的合金效應,在鋁基體中加入金屬材料如Cu、Mg,或非金屬Si,這些雜化原子可以抑制鋁原子層的滑動(dòng),從而提高整體材料的剛性。

          受此啟發(fā),天津大學(xué)姜忠義團隊提出了一個(gè)基于MOFs和共價(jià)有機框架(COFs)雜化的“合金”膜(AMs)的概念。通過(guò)電驅動(dòng)共沉積,將季銨(QA)功能化的COFs納入沸石咪唑框架(ZIF-8)基體中。QA功能化的COF與ZIF-8基體在二者界面上形成庫侖力,大大限制了ZIF-8的連接體旋轉,并引發(fā)了ZIF-8晶格產(chǎn)生明顯的柔性-剛性轉變(合金化效應),形成了預期的AMs。通過(guò)調整COFs的裝載量,獲得了具有可調剛性的AMs,由此賦予了優(yōu)異的丙烯/丙烷分離性能,其丙烯/丙烷分離系數超過(guò)了200,丙烯滲透率為168GPU。.

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           圖1 使用電驅動(dòng)共沉積工藝構建MOF-COF AMs

          綜上所述,研究人員提出了一個(gè)新的AMs概念,通過(guò)電化學(xué)共沉積的方法制造MOF-COF AMs來(lái)證明。COF的季銨鹽-N和ZIF-8的吡啶-N之間的庫侖力限制了ZIF-8的連接體旋轉,產(chǎn)生了明顯的合金效應。因此,AM中的ZIF-8的晶格硬度可以通過(guò)加入不同數量的COF納米片進(jìn)行微調,使得AMs的分子篩分能力可以得到很好的控制。這種簡(jiǎn)單而溫和的電驅動(dòng)共沉積策略為大規模生產(chǎn)高質(zhì)量的MOF基AMs提供了一個(gè)良好的平臺。(本刊有刪節)詳情見(jiàn)化學(xué)人生公眾號

          原文鏈接:Adv. Mater. 2022, 34, 2201423

          (來(lái)源:歐米伽領(lǐng)地 版權屬原作者 謹致謝意)


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