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丙烯是全球產(chǎn)量最高的基礎(chǔ)有機化工原料之一，年產(chǎn)量超過1億噸。丙烷裂解生產(chǎn)丙烯是工業(yè)界重要的技術(shù)路線。然而，這一技術(shù)并不能直接得到高純度丙烯。為去除殘留的丙烷，工業(yè)上往往以高昂的設(shè)備投資和巨大的能量消耗作為代價。尋求綠色的分離方案，是未來實現(xiàn)碳達峰、碳中和的重大需求。 

分子篩是一種很成熟的分離材料，已被廣泛應(yīng)用于石油化工、煤化工、空氣分離與凈化、環(huán)境治理等多個領(lǐng)域。但是，分子篩吸附劑的應(yīng)用也存在許多挑戰(zhàn)，例如，精確的孔徑設(shè)計困難，吸附動力學(xué)緩慢和吸附量低。

金屬-有機框架材料（Metal-Organic Framework，MOF）是一類新興的由金屬節(jié)點和有機配體通過自組裝形成的具有確定組成與結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料。和傳統(tǒng)的多孔材料（分子篩、活性碳等）相比，前者憑借其可設(shè)計剪裁的框架和豐富多樣的孔道結(jié)構(gòu)吸引了科研工作者的廣泛興趣。我院廣東省功能配位超分子材料及應(yīng)用重點實驗室陸偉剛、李丹教授研究團隊針對MOF材料，首次提出正交陣列動態(tài)篩分機制，成功構(gòu)筑了一例基于該分離機制的框架材料（命名為JNU-3）。該材料擁有三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，沿著晶體學(xué)a軸是4.5 × 5.3 ?的一維通道，在一維通道兩側(cè)是排列整齊的分子口袋，分子口袋和一維通道通過一個約3.7 ?的動態(tài)“葫蘆形”窗口相連。氣體可以在一維通道中快速擴散，而分子口袋則通過“葫蘆形”窗口選擇性地捕獲丙烯分子，從而獲得迄今為止最佳的丙烯/丙烷分離效果。研究人員通過原位單晶衍射和計算模擬解析了丙烯和丙烷分子與JNU-3的相互作用的篩分機制和動態(tài)過程。 化學(xué)加，加你更精彩。

研究還發(fā)現(xiàn)，丙烯/丙烷（50/50）混合物在298 K下以1 mL/min的總流速流過填充床，丙烷首先通過，未被丙烯污染，收集到的丙烷純度不低于99.99%。一段時間后吸附劑達到飽和，丙烯發(fā)生穿透，出口氣流中的丙烯和丙烷迅速達到等摩爾濃度，表現(xiàn)出JNU-3材料的優(yōu)異突破性。在丙烯的脫附過程中，根據(jù)丙烯的解吸曲線，混合氣體流速為1、6 mL/min時，丙烯的生產(chǎn)能力和純度分別為34.2 L/kg（99.5%）、53.5 L/kg（99.5%），即使在50%相對濕度的潮濕條件下，流速為6.0 mL/min等摩爾丙烯/丙烷混合氣，丙烯分離的生產(chǎn)能力也高達44.9 L/kg（99.5%）。材料性能均明顯優(yōu)于文獻報道的材料。

該研究長文由暨南大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院超分子配位化學(xué)研究所團隊獨立完成。相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金重點項目、廣東省自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項目和暨南大學(xué)等的大力支持。 

論文題目：Orthogonal-array dynamic molecular sieving of propylene/propane mixtures

論文作者：曾恒，謝默，王婷，危榮佳，謝小靜，趙一芳，陸偉剛*，李丹*

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03627-8