由于具有相似的分子尺寸和动力学直径，利用孔筛分很难在常温常压下从乙烷（C₂H₆），乙烯（C₂H₄）和乙炔（C₂H₂）的混合物中分离乙烯（C₂H₄）。

近日，中国石油大学(华东)孙道峰教授报道了一种基于稳定ftw拓扑结构的Zr-MOF（MOF-525）的孔环境改性策略，以实现常温常压下从C₂H₂/C₂H₆/C₂H₄混合物中高效提纯C₂H₄。

文章要点

1）研究人员在H₄L-L和H₄L-S连接基中引入了环戊二烯-钴基团，以增强和增加主客体之间的相互作用。通过模块合成，得到了两种具有ftw拓扑结构的新型官能化Zr-MOF，UPC-612和UPC-613。

2）吸附实验表明，UPC-612对C₂H₂和C₂H₆的吸附容量大于对C₂H₄的吸附容量。在零覆盖下的吸附焓(Q_st)为C₂H₂（23.9 kJ/mol）>C₂H₆（22.4 kJ/mol）>C₂H₄（16.9 kJ/mol），表明改性UPC-612与C₂H₂和C₂H₆的相互作用强于与C₂H₄的相互作用。UPC-612不同于只用钴离子改性的MOF-525和MOF-525(Co)。

3）实验结果表明，以C₂H₂/C₂H₄（50/50）、C₂H₆/C₂H₄（50/50）和C₂H₂/C₂H₆/C₂H₄（1/1/1）为原料，改性UPC-612可制得纯度超过99.99%的C₂H₄。以C₂H₂/C₂H₆/C₂H₄（1/1/1）为原料，UPC-612的C₂H₄产率达到0.47 mmol/g。密度泛函理论（DFT）计算结果表明，UPC-612上重要的C₂H₄吸附中心主要位于立方笼的拐角和连接基的环戊二烯环上。

UPC-613是一种改进型材料，即使笼径变小，也有类似的分离效果，从而进一步突出了这种新的改型策略在改善多组分混合气体的分离性能方面的显著成效。

参考文献

Yutong Wang, et al, One-step Ethylene Purification from an Acetylene/Ethylene/Ethane Ternary Mixture by Cyclopentadiene Cobalt-Functionalized Metal-Organic Frameworks, Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202100782

https://doi.org/10.1002/anie.202100782