锆基MOF次级结构单元调控及轻烃吸附分离性能增强

摘要

从天然气中回收C_(2)/C_(3)轻烃组分具有重要的工业价值,吸附分离技术可在常温常压下实现轻烃的回收。对MOF材料进行次级结构单元(SBU)调控,可在继承其晶体结构和发达孔道的同时,优化孔道化学微环境并引入新的吸附位点。使用三嗪(TZ)取代Zr-TBAPy(NU-1000)SBU中的配位水分子,在其孔道内构筑对轻烃吸附质具有更强限域作用的碱性表面化学微环境,得到了高选择性的新型TZ@Zr-TBAPy吸附剂。TZ的引入在分子尺度上提高了孔道的表面粗糙度,同时强化对轻烃吸附质的限域作用,提高材料对烷烃的吸附容量和选择性。常温常压下,TZ@Zr-TBAPy对丙烷和乙烷的吸附容量分别为10.08和4.19 mmol·g^(-1),比Zr-TBAPy提高了27%和9%,是目前国际上已报道的丙烷吸附容量最高的吸附剂之一。此外,丙烷/甲烷的IAST选择性为1518,是原材料的6.27倍;乙烷/甲烷的IAST选择性为11.7,比原材料提高了22%。更为重要的是,以TZ@Zr-TBAPy吸附剂为核心的固定床吸附过程可实现在常温常压天然气中乙烷和丙烷的一步分离回收。