過渡金屬氧化物分子篩在較高溫度下實現了有效分離

　　高純度的C₂H₄和C₂H₂是工業上合成化學品最常用的基本原料。乙烯工業制備的過程中不可避免的會產生乙炔副產物，即使微量的乙炔也會導致乙烯聚合反應催化劑中毒，嚴重時還會發生爆炸。同時，乙烷也是工業制備乙烯過程中也不可避免的副產物，兩者的相對揮發度和沸點也十分接近，傳統的低溫精餾能耗大。因此，C₂H₆、C₂H₄和C₂H₂等C₂烴類氣體混合物的分離一直是化工行業面臨的重大挑戰。因此選擇合適的方法有效的分離兩者也是值得探索的過程。

　　基于吸附的分離方法，如吸附分離和膜分離，因其效率高、成本低，是解決這一問題的有效方法。近年來，眾多研究者開發了金屬有機骨架材料（MOFs）、沸石和活性炭等不同類型的微孔材料用于C₂烴分離，并在低溫下獲得了良好的分離性能。然而，C₂H₄生產過程需要高溫，在低溫下進行分離的過程造成了大量的能源浪費。到目前為止，嘗試在高溫下進行C₂烴分離的例子很少。而且大多數的分離溫度不夠高。因此，開發用于C₂烴高溫分離的多孔材料至關重要。

　　近日，寧波大學的張禎歆、李硯碩教授團隊報道了一種基于ε-Keggin單元的過渡金屬氧化物分子篩（ZOMOs），即鈉型鈷鉬酸鹽（Na-CM），在較高溫度下實現了C₂烴的有效分離。

　　圖1. 基于ε-Keggin單元的POM結構模型。

　　材料的空腔（7.4 ?）由十個POM單元連接形成，開口處僅有3.4 ?，這與C₂烴類氣體尺寸的大小接近。該材料對C₂H₆、C₂H₄和C₂H₂的表現出不同吸附性能，并且與C₂H₄和C₂H₂的具有強相互作用，具有較高的理想溶液吸附理論（IAST）選擇性。

　　圖2. Na-CM在85℃，100kPa下對(a) C₂H₄/C₂H₆，(b) C₂H₂/C₂H₆，(c) C₂H₂/C₂H₄的突破曲線以及(d)相應的氣體突破選擇性。

　　該材料在重復性、穩定性和分離性能等方面表現出來良好的性能，動態競爭吸附實驗表明，該材料能有效分離C₂二元混合物甚至三元混合物，且具有較高的選擇性。當溫度提高到85 ℃時，材料仍能保持良好的分離性能。

　　這一成果近期發表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是寧波大學碩士研究生王杰。