烷烃同分异构体的分离是石油化工领域中重要的工艺过程，是优化乙烯原料和重整原料、提高汽油辛烷值的重要环节。支链程度较低的烷烃是生产乙烯的优质原料，而多支链异构体由于辛烷值较高，是重要的汽油调和组分。目前，工业上烷烃同分异构体的分离主要通过精馏过程来完成，相比之下，吸附分离技术有望降低能耗、简化工艺流程。然而，由于烷烃异构体间的物理化学性质差异很小，其高效分离仍然是一个较大的挑战。因此，开发高性能吸附剂材料是应对这个挑战的关键。基于沸石分子筛的吸附分离技术虽已实现工业示范应用，但吸附剂的性能限制了技术整体经济性，因此尚未得到大规模推广。
金属有机骨架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）材料由于结构多样、孔道和表面功能性高度可调，在吸附分离方面有较大潜力。过去几年，研究者在面向烷烃同分异构体高效吸附分离的MOFs设计制备及孔结构调控方面取得了诸多进展。近日，美国罗格斯大学李静教授团队和深圳职业技术学院霍夫曼先进材料研究院王浩副教授团队系统总结了将MOFs材料用于己烷异构体吸附分离领域的研究进展。
作者根据分离机理（热力学分离、动力学分离、尺寸筛分）对已报道的用于己烷异构体分离MOFs材料进行了总结归纳，并重点讨论了每一类分离机理代表性材料的设计思路及分离性能。早期报道以热力学分离为主，代表性材料如Fe2(BDP)3，其对己烷异构体的分离主要基于不同支链程度的分子与孔道间的作用力的差异。这类材料通常吸附容量较大，但选择性较低。动力学分离利用己烷异构体的不同尺寸导致在MOFs孔道中的扩散速率差异，以ZIF-8为代表。当MOFs具有最优孔径时，可实现尺寸筛分，即只吸附支链程度较低的己烷异构体，而完全排阻多支链异构体，从而达到最优分离效果。尺寸筛分是近几年的研究热点，一系列可筛分己烷异构体的MOFs被报道，如Ni-Asp、Al-bttotb、Ca-CHL、UU-200等。特别是近期利用该类材料对全组分真实石脑油的分离探索，证实了MOFs在工业烷烃异构体分离过程中的应用潜力。
论文最后，作者针对MOFs用于烷烃异构体分离的前景进行了展望，并对当前所面临的挑战提出了解决的思路。
论文信息
Metal-Organic Frameworks for C6 Alkane Separation
Feng Xie, Liang Yu, Prof. Dr. Hao Wang, Prof. Dr. Jing Li
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202300722
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