Adv. Mater.MOF-COF“合金”膜可高效分離丙烯/丙烷

化學(xué)人生8月12日訊：烯烴是化工中最重要和使用量最大的原料，主要通過(guò)石油或烷烴裂解獲得。工業(yè)上純化丙烯常用的方法是能源密集型的低溫蒸餾工藝，基于雙碳戰略，推行綠色環(huán)保，急需開(kāi)發(fā)新型節能的分離技術(shù)。膜技術(shù)因具有較低的分離能耗，較好的分離效果，被認為是最有希望取代傳統低溫精餾的分離技術(shù)之一。而先進(jìn)的功能性膜材料被認為是膜技術(shù)的"芯片"。

金屬有機框架（MOFs）由于具有孔徑可調、孔隙率高等優(yōu)點(diǎn)，在高通量篩分烯烴/石蠟混合物方面具有廣闊的前景。然而，MOFs中連接體旋轉而造成框架形變，常常使其篩分能力降低。將兩種材料在納米尺度上雜交，以實(shí)現機械性能的協(xié)同改善是自然界和人工材料中廣泛采用的策略。一個(gè)典型的例子是鋁合金的合金效應，在鋁基體中加入金屬材料如Cu、Mg，或非金屬Si，這些雜化原子可以抑制鋁原子層的滑動(dòng)，從而提高整體材料的剛性。

受此啟發(fā)，天津大學(xué)姜忠義團隊提出了一個(gè)基于MOFs和共價(jià)有機框架（COFs）雜化的“合金”膜（AMs）的概念。通過(guò)電驅動(dòng)共沉積，將季銨（QA）功能化的COFs納入沸石咪唑框架（ZIF-8）基體中。QA功能化的COF與ZIF-8基體在二者界面上形成庫侖力，大大限制了ZIF-8的連接體旋轉，并引發(fā)了ZIF-8晶格產(chǎn)生明顯的柔性-剛性轉變（合金化效應），形成了預期的AMs。通過(guò)調整COFs的裝載量，獲得了具有可調剛性的AMs，由此賦予了優(yōu)異的丙烯/丙烷分離性能，其丙烯/丙烷分離系數超過(guò)了200，丙烯滲透率為168GPU。.

 圖1 使用電驅動(dòng)共沉積工藝構建MOF-COF AMs

綜上所述，研究人員提出了一個(gè)新的AMs概念，通過(guò)電化學(xué)共沉積的方法制造MOF-COF AMs來(lái)證明。COF的季銨鹽-N和ZIF-8的吡啶-N之間的庫侖力限制了ZIF-8的連接體旋轉，產(chǎn)生了明顯的合金效應。因此，AM中的ZIF-8的晶格硬度可以通過(guò)加入不同數量的COF納米片進(jìn)行微調，使得AMs的分子篩分能力可以得到很好的控制。這種簡(jiǎn)單而溫和的電驅動(dòng)共沉積策略為大規模生產(chǎn)高質(zhì)量的MOF基AMs提供了一個(gè)良好的平臺。（本刊有刪節）詳情見(jiàn)化學(xué)人生公眾號

原文鏈接：Adv. Mater. 2022, 34, 2201423

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