Angew. Chem. :水溶性金屬有機籠在液相中分離丙烷/丙烯

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烯烴和烷烴混合物中分離得到純烯烴是化工行業中最重要但具有挑戰性的過程之一。丙烯是全球產量最高的有機化工原料之一,工業界主要通過丙烷裂解生產丙烯。然而,這一技術并不能直接得到聚合級丙烯(>99.5%)。為去除殘留的丙烷,工業上往往依賴于能量密集的低溫蒸餾。目前多孔材料已被用于分離丙烷丙烯,但是大多數吸附劑優先吸附丙烯,需要進一步消耗能量來脫附丙烯,因此需要尋找優先吸附丙烷的新材料。


近日,暨南大學周小平/李丹教授團隊發現,水溶性Fe4L6金屬有機籠能夠在水相中分別包封丙烷與丙烯,基于Fe4L6金屬有機籠與丙烷/丙烯之間結合能力的差異,成功實現了從丙烷/丙烯混合氣體中分離得到聚合級的丙烯。



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核磁共振波譜證明常溫常壓下Fe4L6金屬有機籠在水中能夠成功捕獲丙烷與丙烯,通過計算得知丙烷與Fe4L6金屬有機籠的結合常數((2.1±0.7) × 104 M-1)遠大于丙烯與Fe4L6金屬有機籠的結合常數((5.0±0.1) × 10M-1)。

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單晶結構顯示丙烷與Fe4L6金屬有機籠的框架具有8對距離為2.750–3.286 ?的C–H···C弱作用力,而丙烯只有6對距離為2.718 to 3.419?的C–H···C弱作用力。同時丙烯與Fe4L6金屬有機籠的框架之間的C– H···π作用距離為3.233–3.545 ?,長于丙烷與Fe4L6金屬有機籠的框架之間的C– H···π作用距離(3.217–3.472 ?)。這些分析表明丙烷與Fe4L6金屬有機籠之間的作用力強于丙烯。密度泛函理論計算也能驗證丙烷與Fe4L6金屬有機籠的結合能力強于丙烯與Fe4L6金屬有機籠。

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在U形管中,Fe4L6金屬有機籠在進氣端的氣相-液相表面捕獲丙烷/丙烯混合氣體并運輸到集氣端,由于Fe4L6金屬有機籠與丙烯更弱的結合能力,丙烯優先從Fe4L6金屬有機籠中釋放出來。當進氣端為97%純度的丙烯時,在初始分離階段集氣端的丙烯純度可達到100%,8小時后丙烷才出現在集氣端。經過4次分離提純,純度為80%的丙烯可提純至聚合級。


該項工作展示了水溶性Fe4L6金屬有機籠在水中能夠封裝并分離丙烷/丙烯,實驗與理論計算都證明Fe4L6金屬有機籠與丙烷的結合能力強于Fe4L6金屬有機籠與丙烯,利用該差異通過簡單的分離實驗可以優先獲得聚合級丙烯。這些結果表明金屬有機籠具有應用于氣體分離的潛力,并為分離獲得高純度氣體提供了先進材料。

文信息

A Self-Assembled Capsule for Propylene/Propane Separation

Chuang-Wei Zhou,? Xue-Zhi Wang,? Mo Xie, Ri-Qin Xia, Dong Luo, Zhao-Xia Lian, Guo-Hong Ning, Weigang Lu, Xiao-Ping Zhou,* and Dan Li


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202315020

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