(資料圖片僅供參考)

C2H2/CO2具有相同的動(dòng)力學(xué)尺寸、相似的極化率和相近的沸點(diǎn)，在潮濕的工業(yè)環(huán)境中吸附分離C2H2和CO2具有挑戰(zhàn)。MOFs是一種孔道豐富，結(jié)構(gòu)可調(diào)的多孔材料，但是其穩(wěn)定性、耐水性相比于活性炭和分子篩較差，這也限制了其在C2H2潮濕環(huán)境下分子的吸附和C2H2/CO2的分離。

近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員王樹東團(tuán)隊(duì)與沙特阿拉伯國(guó)王科技大學(xué)教授賴志平團(tuán)隊(duì)合作，提出了一種通過原位氟化合成Fe基金屬節(jié)點(diǎn)的策略。團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了一種新型全氟節(jié)點(diǎn)金屬有機(jī)框架(MOFs)——DNL-9(Fe)，該材料是一種具有螺旋氟橋金屬節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的Fe-MOFs吸附劑，可用于潮濕條件下的C2H2/CO2吸附分離。研究團(tuán)隊(duì)在DMF溶劑高溫分解條件下構(gòu)造出還原性合成環(huán)境，促進(jìn)了F原子與金屬Fe的直接配位絡(luò)合。團(tuán)隊(duì)采用簡(jiǎn)單的HF試劑，實(shí)現(xiàn)了Fe-MOFs的金屬節(jié)點(diǎn)的原位氟化和螺旋結(jié)構(gòu)拓?fù)滏湹纳L(zhǎng)，從而開發(fā)出具有混合變價(jià)的[Fe6(μ-F)6F8]配位節(jié)點(diǎn)的全氟Fe基材料DNL-9(Fe)。它的結(jié)構(gòu)區(qū)別于常見的節(jié)點(diǎn)，是一種環(huán)境友好型吸附劑。

該方法通過強(qiáng)化C2H2與MOFs限域孔道內(nèi)的氫鍵作用實(shí)現(xiàn)C2H2的選擇性吸附，同時(shí)可以提升材料的耐水性和抗水氣吸附干擾能力。然而，在MOFs的合成中難以對(duì)金屬節(jié)點(diǎn)進(jìn)行原位氟化配位。目前，構(gòu)筑含氟MOFs單元通常采用價(jià)格昂貴的商業(yè)試劑，這也阻礙了含氟MOFs的低成本生產(chǎn)與實(shí)際應(yīng)用。

該材料還具備優(yōu)異的耐水性和化學(xué)穩(wěn)定性，在潮濕環(huán)境中可以高效分離C2H2/CO2，一次提濃后的C2H2純度即可達(dá)到99.9%。同時(shí)，氟化的金屬位點(diǎn)Fe-F-Fe有效降低了H2O和C2H2分子的吸附熱，在真空條件下即可循環(huán)再生，可以應(yīng)用于變壓吸附和真空解吸工藝。

本工作為多孔材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、MOFs的氟化改性和吸附分離提供了新的思路。

相關(guān)論文Fluorido-bridged robust metal–organic frameworks for efficient C2H2/CO2 separation under moist conditions于近日發(fā)表在國(guó)際期刊《化學(xué)科學(xué)》(Chemical Science)。

資料來源：中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所

關(guān)鍵詞： 吸附分離 中國(guó)科學(xué)院 多孔材料