先进能源材料化学教育部重点实验室（南开大学） Key Laboratory of Advanced Energy Materials Chemistry, Ministry of Education (Nankai University)

【引言】

每年有超过3.5亿吨的低烯烃（乙烯、丙烯和1,3-丁二烯）是通过蒸汽裂解碳氢化合物生产出来的。为了获得聚合物级烯烃，必须将流中的炔类（乙炔、丙炔和丁炔）的副产物降低到百万分之五（ppm），因为这些炔类不可逆地毒害聚合催化剂。目前最先进的烯烃纯化技术是基于在负载的Pd催化剂上对烯烃进行部分氢化；然而，这种方法的选择性差，成本高。新兴的多孔吸附剂，特别是金属-有机框架（MOFs），显示出对烯烃的优先吸附性，提示了乙烯和丙烯的替代吸附纯化工艺。然而，由于其固有的稳定性和较高的生产成本，这种方法还没有商业化。此外，MOFs中驱动分离的主要物理吸附机制导致了吸附选择性和容量之间的权衡。沸石具有结构坚固性和低成本生产的优点，并且由于其分子筛特性而被广泛用于工业分离，但由于其分子大小和挥发性相似，因此对炔烃/烯烃分离无效。沸石可以用作有用的框架，以稳定活性金属位点，从而揭示出以前未知的功能和特性。

【成果简介】

今日，在重点实验室李兰冬研究员和英国曼彻斯特大学杨四海高级讲师团队等人带领下，与中国科学院大连化学物理研究所和美国橡树岭国家实验室，报告了一种通过在八面沸石（FAU）的六元环中封存孤立的开放性镍（II）位点来控制沸石内部孔隙的策略。在环境条件下，Ni@FAU表现出了显著的烯烃吸附效果，对乙炔/乙烯、丙炔/丙烯和丁炔/1,3-丁二烯混合物的高效分离，动态分离选择性分别为100、92和83，达到了前所未有的动态分离效果。原位中子衍射和非弹性中子散射显示，封闭的镍（II）位点通过形成可转移的[Ni(II)(C₂H₂)₃]络合物与乙炔的化学选择性和可逆结合。对易扩展沸石孔隙内层化学性质的控制，释放了其在具有挑战性的工业分离中的潜力。相关成果以题为“Control of zeolite pore interior for chemoselective alkyne/olefin separations”发表在了Science。

【图文导读】

图1 Ni@FAU对C2H2和C2H4吸附表征

图2 炔烃/烯烃分离的色谱柱穿透研究

图3 Ni@FAU沸石的晶体结构与气体载荷的关系图

图4 Ni@FAU的INS光谱随气体负荷的变化

文献链接：Control of zeolite pore interior for chemoselective alkyne/olefin separations（Science，2020，DOI:10.1126/science.aay8447）