太原理工大学在乙烷与乙烯分离研究上获突破

近日“Science”杂志在线发表了太原理工大学作为第一单位的研究论文《具有铁-过氧阴离子位点的金属有机框架物用于乙烷/乙烯分离》。该研究成果是在太原理工大学化学与化工学院李晋平教授带领下完成的，实现了乙烷-乙烯吸附反转，制备出了高效乙烷吸附剂，可对不同浓度的乙烷、乙烯混合物一步分离得到聚合级乙烯。

传统乙烯的工业制备是通过乙烷高温裂解进行，产物是乙烷和乙烯的混合物。工业上常用多步多级的低温精馏分离技术，将该混合物分离得到纯度在99.95%以上的工业标准乙烯。该过程需要消耗大量能量，乙烯成本中大约75%都用在这一环节。

李晋平教授的团队第一次利用氧分子先与Fe-MOF材料中的不饱和空位结合，有效阻挡不饱和金属空位与乙烯间的π键相互作用，显著降低乙烯吸附量。同时，新构建的Fe-O2基团能对乙烷显示出更强的吸附亲和力，实现吸附乙烷强于乙烯，达到选择性脱除乙烯中杂质乙烷的目的。这一成果不仅巧妙地实现了乙烷-乙烯吸附反转，也制备出迄今最高效的乙烷选择吸附剂，使不同浓度的乙烷乙烯混合物一步分离得到聚合级乙烯。更重要的是，这种简单巧妙的思路可望应用于其他MOFs中，为乙烷乙烯分离吸附剂的选择开辟出一条新途径。

该研究成果的主要亮点为：一是发现了含有铁-超氧位点的MOF对乙烷的吸附能力比乙烯更强；二是实现了在室温常压下高效分离制得99.99%纯度的乙烯。该研究团队已经制备出一种新型的MOF材料，并根据中子粉末衍射以及理论计算发现Fe-O2可吸附乙烷的活性。MOF是孔洞结构，乙烯和乙烷分子可以很好地穿过它，从而增加了吸附几率。