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Science:浙江大學(xué)利用離子雜化多孔材料實(shí)現(xiàn)乙炔/乙烯的高效分離

美國(guó)麥克儀器 2016-07-20 | 閱讀：3618

為了解決高效的氣體儲(chǔ)存和分離中所遇到的挑戰(zhàn)，迫切的促使科學(xué)家去重新探索去設(shè)計(jì)新型多孔材料。于是人們?cè)O(shè)計(jì)和合成了具有規(guī)則多孔、大的比表面積新型多孔材料MOFs，這個(gè)多孔材料是無(wú)機(jī)有機(jī)雜化材料，是由金屬離子或團(tuán)簇與有機(jī)配體通過(guò)配位鍵組合在一起的，這些材料可以從第一原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，而且由于其組成和結(jié)構(gòu)固有多樣性，可以對(duì)其孔徑和孔的性質(zhì)進(jìn)行有效精準(zhǔn)的調(diào)控。

浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院邢華斌實(shí)驗(yàn)室，聯(lián)合其他國(guó)際科研人員，采用離子雜化多孔材料，突破了氣體分離選擇性和容量之間的trade-off效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了乙炔乙烯的高效分離。這一研究被認(rèn)為是氣體吸附分離技術(shù)領(lǐng)域的一大突破。

科研人員對(duì)Cu配合網(wǎng)絡(luò)的大小和孔徑進(jìn)行調(diào)控，該網(wǎng)絡(luò)上的無(wú)機(jī)陰離子通過(guò)氫鍵相互作用實(shí)現(xiàn)對(duì)乙炔氣體分子的專一性鍵合，并實(shí)現(xiàn)對(duì)乙炔分子的有序排布。與此同時(shí)，調(diào)控陰離子的空間幾何分布和孔徑大小，促使被吸附的客體分子和主客體分子之間形成協(xié)同作用，獲得極高的乙炔吸附容量。由理論模擬和中子衍射的結(jié)果也證實(shí)了特異性的乙炔鍵合位點(diǎn)的存在。

由于上述的分子間的相互結(jié)合，使得該種多孔材料實(shí)現(xiàn)了氣體的高效吸附能力(在0.025 bar下，2.1 mmol/g)和高效的選擇性（39.7/44.8），其對(duì)乙炔/乙烯混合物的分離效率通過(guò)實(shí)驗(yàn)的穿透曲線證實(shí)。

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邢教授是美國(guó)麥克儀器公司的忠實(shí)用戶，其課題組有我們的三站全功能型氣體吸附儀3Flex、高性能多通道全自動(dòng)比表面與孔隙度儀TriStar 3020、容量法中高壓物理吸附儀ASAP 2050以及多站擴(kuò)展式全自動(dòng)比表面與孔隙度分析儀ASAP 2460等多款儀器，該研究團(tuán)隊(duì)利用這些精密儀器，對(duì)多孔材料的吸附性能進(jìn)行了表征，分析結(jié)果有力的佐證了該研究的一些設(shè)想。