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丙烯是全球產(chǎn)量最高的基礎有機化工原料之一，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，分子篩吸附劑的應用也存在許多挑戰(zhàn)，例如，精確的孔徑設計困難，吸附動力學緩慢和吸附量低。

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化學與材料學院超分子配位化學研究所團隊獨立完成。相關(guān)工作得到了國家自然科學基金重點項目、廣東省自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎研究重大項目和暨南大學等的大力支持。 

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