太原理工第一单位Science：李晋平团队实现MOF选择性分离乙烷/乙烯！

苏苏

2018-10-26

第一作者：Libo Li, Rui-Biao Lin

通讯作者：Jinping Li, Wei Zhou, Banglin Chen

第一单位：太原理工大学

研究亮点：

1. 发现了含有铁-超氧位点的MOF对乙烷的吸附能力比乙烯更强。

2. 实现了在室温室压下高效分离制99.99%纯乙烯。

乙烯是石油化工产业的核心，全球年产量过亿吨，其产品占石化产品的70%以上,在国民经济中占有不可忽视的重要地位。在乙烯生产过程中，往往需要通过低温工艺分离乙烷来实现提纯，这一工艺耗能巨大。

近年来，以MOF为代表的多孔材料膜在乙烷/乙烯低能耗高选择性分离领域取得猪肚哦重要进展。这些材料大多对乙烯具有更强的亲和力，然而，由于乙烯量大，乙烷量少，对乙烷的吸附可以使整个膜分离效果更加高效。

有鉴于此，太原理工大学Jinping Li和美国德州大学圣安东尼奥校区陈邦林、美国国家标准与技术研究所Wei Zhou等团队合作，发现含有铁-超氧位点的MOF对乙烷的吸附能力比乙烯更强，并实现了在室温和正常压力下的高效分离。

图1. 中子衍射确定结构

研究人员根据前人经验制备出Fe₂(O₂)(dobdc)这种微孔MOF，中子衍射研究和理论计算研究表明，Fe-超氧位点对乙烷具有优先吸附作用。在室温室压条件下分离乙烷/乙炔混合物，研究人员一次性得到了纯度高达99.99%的乙烯（聚合物级），产量较大，能耗较低。据作者介绍，这是目前为止气体分离制聚合物纯乙烯的最佳材料。

总之，这项研究为通过吸附位点调控来增强乙烷/乙烯选择性分离提供了全新的思路，进一步推动了MOF在高效、低能耗的工业分离中的实际应用。

图2. 乙烷/乙烯在MOF中的吸附等温曲线及计算和模拟

图3. 穿透曲线实验

作者简介：

李晋平教授

李晋平，男，1964年生，山西大宁人，中共党员，工学博士，教授，博士生导师，新世纪百千万人才工程国家级人选，享受国务院政府特殊津贴专家，山西省重点学科应用化学学科带头人。现任太原理工大学副校长，气体能源高效清洁利用山西省重点实验室主任，山西省煤层气高效开采与利用协同创新中心主任，兼任中国能源学会常务理事，国家自然科学基金委化学部会评专家，兼任Chin. J. Chem. Eng.等期刊编委。

李晋平教授多年来主要从事气体能源高效清洁利用的研究，取得了系列开创性研究成果，包括：

围绕低浓度煤层气脱氧与除氮的高效富集利用，率先将分子筛引入低浓度煤层气富集领域；

开发了变压吸附分离甲烷/氮气装置及相关工艺；

利用柔性金属有机骨架材料独特的分子识别效应成功实现了丙烯中低浓度丙炔的高效分离；

系统研究了多孔材料的物理吸附储氢，阐明了储氢机理和构效关系；

开发了温和条件下光电水解制氢的系列高效的阳极析氧催化剂。

李晋平教授主持国家“863”计划项目、“973”前期研究专项、国家自然科学基金重点及面上项目、山西省煤基产业链煤层气专项子项目、山西省科技攻关项目及山西省省自然科学基金等项目30余项。在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等期刊发表学术论文200余篇，其中SCI收录120余篇，SCI被引2000余次；授权中国发明专利18项。作为主要完成人获得国家技术发明二等奖1项，山西省技术发明一等奖1项，省部级自然科学二等奖3项。先后获得“第九届侯德榜化工科学技术奖-创新奖”、“新世纪学术技术带头人333人才省级人选”、“山西省五一劳动奖章”和“山西省高等学校中青年拔尖创新人才”等荣誉称号。

拓展阅读：

Science：电场固定MOF晶格，增强气体分离选择性！

2017年，汉诺威大学A.Knebel和J. Caro等人报道了一种通过电场固定ZIF-8晶格和孔道尺寸的策略，增强了丙烷和丙烯等气体混合物的精确分离。

A. Knebel, J. Caro et al. Defibrillationofsoft porous metal-organic frameworks with electric fields. Science 2017,358,347-351.

Science：MOF分离丁二烯！

2017年，中山大学张杰鹏教授团队通过对客体分子的柔性控制策略，实现了在室温和大气压力下对1,3-丁二烯的高选择性分离纯化，纯度达到99.5%以上！

Pei-Qin Liao, Jie-Peng Zhang et al.Controlling guest conformation for efficient purification of butadiene. Science2017, 356, 1193-1196.

Science：MOF膜分离丙烯/丙烷！

2018年，华盛顿大学XiaoliMa和Michael Tsapatsis团队发展了一种配体诱导（LIPS）气相制备高选择性高透过性ZIF-8膜的新策略，实现了对丙烯/丙烷的有效分离。

Xiaoli Ma, Prashant Kumar, Nitish Mittal,Michael Tsapatsis et al. Zeoliticimidazolate framework membranes made byligand-induced permselectivation.Science 2018, 361,1009-1011.

Science：MOF选择性分离丙烯！

2016年，Eddaoudi课题组利用MOF固定的孔形状和大小，在常压下从丙烷和丙烯混合物中选择性分离丙烯，为低能耗、低成工业气体分离带来新的思路！

A. Cadiau, K. Adil, M. Eddaoudi et al.metal-organic framework–based splitter for separating propylene from propane.Science, 2016, 353, 137-140.

邢华斌Science：MOF选择性分离乙炔！

2016年，浙江大学邢华斌团队利用MOF对乙炔的选择性亲和力，实现了从乙炔和乙烯混合物中选择性分离乙炔，为低能耗、低成本工业气体分离带来新的思路！

Xili Cui,* Kaijie Chen,* Huabin Xing,Michael J. Zaworotko, Banglin Chen et al. Pore chemistry and size control inhybrid porous materials for acetylene capture from ethylene. Science, 2016,353, 141-144.

参考文献：

Libo Li, Rui-Biao Lin, Jinping Li, Wei Zhou,Banglin Chen et al. Ethane/ethylene separation in a metal-organic frameworkwith iron-peroxo sites. Science 2018, 362, 443-446.

http://science.sciencemag.org/content/362/6413/443