【MOF-74】具有节能吸附分离轻质烃潜力的金属有机框架

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摘要：
研究评估了19种不同功能的MOF材料对1-3碳轻质烃的分离性能，发现含高密度开放金属位点的Co-MOF-74、Mg-MOF-74和Fe-MOF-74分离潜力显著优于其他MOF、ZIF和沸石，可实现6组分轻质烃混合物的高效分馏，相比蒸馏技术节能显著。

研究背景：
1. 行业问题和研究现状：轻质烃分离是天然气净化、聚合级乙烯/丙烯生产的关键环节，传统低温蒸馏能耗高；现有MOF等吸附剂在难分离体系（如C₂H₄/C₂H₆）中性能有限。
2. 本文创新：聚焦高开放金属位点MOF，系统评估多组分分离性能，首次实现6组分轻质烃混合物的高效分馏。

实验部分：
1. 实验项目：19种MOF材料合成，参照文献优化合成条件，经溶剂交换和真空活化处理。
2. 实验项目：纯组分等温吸附测试，用Micromeritics ASAP 2020分析仪，在77K、273K、296K下测定CH₄等烃类吸附等温线。
3. 实验项目：穿透曲线模拟，采用固定床吸附器模型，结合IAST理论和Maxwell-Stefan扩散方程模拟分离过程。

分析测试：
1. 结构表征：PXRD验证晶体结构，如CuBTC比表面积2139.1m²/g，MgMOF-74孔容0.6071cm³/g。
2. 吸附性能测试：FeMOF-74对C₃H₆/C₃H₈吸附选择性13.68，CoMOF-74对C₂H₄吸附容量6.68mol/L。
3. 机理揭示：开放金属位点与烃类不饱和键强相互作用，是高选择性的关键；孔结构影响吸附容量。

总结：
1. 主要结果：3种MOF在多类轻质烃分离中表现最优，可实现高纯度产物制备。
2. 创新突破：首次报道6组分轻质烃高效分馏MOF材料，建立吸附选择性与容量结合的评估方法。
3. 潜在意义：为工业轻质烃分离提供节能方案，推动MOF材料工业化应用。

Metal-Organic Frameworks with Potential for Energy-Efficient Adsorptive Separation of Light Hydrocarbons
文章作者：Yabing He, Rajamani Krishna, Banglin Chen
DOI：10.1039/c2ee22858k
文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2012/ee/c2ee22858k

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